制作制板說明書時，應注意以下事項：PCB基板材料，阻焊劑，絲網印刷，表面成型，電路板尺寸和厚度，銅厚度，盲孔和埋孔，通孔電鍍，SMT，面板，公差等在實際制造電路板之前要考慮到這一點。在這些項目中，表面成型的選擇屬于第一類，因為表面成型對提高電子產品的可靠性起著極其重要的作用。由于PCB上的銅層很容易被氧化，因此生成的銅氧化層會嚴重降低焊接質量，從而降低最終產品的可靠性和有效性。表面成型具有導電性，可防止焊盤氧化，并確保出色的可焊性和電性能。

表面成型或表面涂層是PCB板制造和電路卡組裝之間過程中最重要的一步，具有兩個主要功能，其中之一是保留裸露的銅電路，另一個是在焊接時提供可焊接的表面組件連接到PCB.如圖1所示，表面成型位于PCB的最外層且在銅之上，起到銅的“涂層”作用。

表面成型的類型

基本上，有兩種主要類型的表面成型：金屬的和有機的。HASL，ENIG / ENEPIG，沉金和沉錫均屬于金屬表面成型，而OSP和碳墨均屬于有機表面成型。

?HASL（熱空氣焊料調平）

HASL是一種應用于pcb的傳統表面處理方法。PCB通常浸在熔化的焊錫中，這樣所有裸露的銅表面都被焊錫覆蓋。多余的焊錫通過熱風刀之間的PCB去除。通常，HASL遵循如下圖2所示的過程:

HASL表面成型的優點	HASL表面成型的缺點
?組件焊接過程中具有良好的潤濕性； ? 避免了銅質腐蝕，	? 垂直調平機的平面性低導致HASL不能接受精細的部件； ? 工藝過程中的高熱應力會導致電路板出現缺陷；

為了符合有關環境保護的規定，HASL分為兩個子類別：有鉛HASL和無鉛HASL。后者符合歐盟最初采用的RoHS（有害物質限制）法規和法律。

?ENIG和ENEPIG

ENIG是化學鍍鎳的縮寫，由化學鍍鎳和浸入金的薄層組成，可保護鎳免受氧化。ENEPIG，也稱為化學鎳化學鍍鈀金，與ENIG的不同之處在于，鈀層用作電阻層，可阻止鎳氧化和擴散到銅層。與其他類型的表面成型相比，ENIG和ENEPIG可為PCB提供最高的可焊性，但成本要高得多。ENIG和ENEPIG的制造工藝之間的差異可以在下面的圖3中找到。

化學鎳步驟是一種自動催化過程，包括在鈀催化的銅表面上沉積鎳。必須補充含有鎳離子的還原劑，以提供產生均勻涂層所需的適當濃度，溫度和酸度。在浸金步驟中，金通過分子交換粘附在鍍鎳區域，這將保護鎳直至焊接過程。金的厚度需要滿足一定的公差，以確保鎳保持其可焊性。

ENIG和ENEPIG分別有其優點和缺點。例如，ENIG具有平坦的表面，簡單的工藝機制和耐高溫性，而ENEPIG具有出色的多次回流循環能力，并具有高度可靠的引線鍵合能力。根據ENIG和ENEPIG之間的比較，可以將它們應用于不同的應用中以實現不同的目的。ENIG適用于無鉛焊接，SMT（表面安裝技術），BGA（球柵陣列）封裝等。而ENEPIG能夠滿足包括THT（通孔技術），SMT，BGA在內的多種封裝的嚴格要求，引線鍵合，壓入配合等。

?ImAg（浸銀）

ImAg由在銅導線上的薄浸銀鍍層組成。通常，ImAg遵循以下步驟：

ImAg表面成型的優點	ImAg表面成型的缺點
?平整； ?短而容易的過程周期； ?價格便宜； ?高導電性； ?適用于小間距產品； ?銅/錫焊點； ?可重復加工； ?不影響孔的大小；	?失去光澤； ?白銀遷移； ?平面微空隙； ?蠕變腐蝕；

ImAg是用于焊接和測試的良好表面成型類型。蠕變腐蝕是其主要缺點。

?ImSn（浸錫）

ImSn與ImAg基本相同，不同之處在于ImSn中使用錫，而ImAg中使用銀。就ImSn的優勢而言，它在銅焊盤上提供了極其平坦的表面成型，使其非常適合SMT應用。此外，ImSn還提供了一種可以通過常見的自動光學檢測技術輕松檢測到的表面。

?OSP（有機可焊性防腐劑）

OSP是一種參與了透明有機材料的表面成型。它使用一種水基有機化合物，該有機化合物選擇性地結合到銅上并保護銅直到焊接為止。通常，OSP遵循以下過程：

OSP表面成型的優點	OSP表面成型的缺點
?平整/平面；?短而容易的過程周期；?價格便宜；?可重做；?不影響成品孔尺寸；?銅/錫焊點；	?不耐多次回流；?有限的保質期；?不導電；?難以檢查；?有限的熱循環；

上面的描述無法解釋有關OSP的任何內容。您可以參考關于OSP幾乎不了解的文章，以獲取OSP表面成型技術的更多詳細信息。

總而言之，每種類型都有其自身的優點和缺點。您應該根據電子產品的使用目的，性能要求，成本，耐腐蝕性，ICT（在線測試），孔填充等選擇最合適的表面成型。選擇過程中考慮的項目越多，精度越高。

一般來說，就成本而言，比較這些類型的表面成型，ImAg和OSP最便宜，而ENIG最昂貴。就耐腐蝕性而言，HASL和ImSn具有最佳的耐腐蝕性，而ImAg具有最差的耐腐蝕性。就ICT而言，只有OSP最差，而其他OSP則同樣好。在空洞填充方面，HASL和ENIG優于其他類型。

表面成型選擇

PCB的表面成型選擇是PCB制造中最重要的步驟，因為它直接影響工藝良率，返工數量，現場故障率，測試能力，報廢率和成本。關于組裝的所有重要考慮因素都必須納入表面成型的選擇中，以確保最終產品的高質量和高性能。

在PCB組裝過程中，不同位置的人對如何選擇表面成型有不同的看法，如下圖所示：

顯然，不同職位的人有不同的選擇標準。無論選擇哪種類型，它都只滿足人們的需求和便利，而很少考慮PCB和PCB組件的質量，性能和可靠性。

根據上述每種類型的表面成型的介紹，某些屬性是最重要的選擇標準。下表顯示了每種類型的表面成型的“具有”和“不具有”的屬性。根據PCB產品的特定要求和功能，您可以按照此表選擇理想的表面成型選項。

項目	HASL	ENIG	ENEPIG	ImAg	ImSn	OSP
產品成本敏感	√	X	X	√	√	√
需要大批量	X	X	X	√	√	√
表面成型的化學品	√	X	√	X	√	√
無鉛波峰焊	√	√	√	√	X	X
使用的細間距組件	X	√	√	√	√	√
引線鍵合至表面成型的要求	X	√	√	√	X	X
高產量ICT	√	√	√	√	√	X
無鉛沖擊/跌落	√	X	X	√	√	√
腐蝕失效的可能性	√	√	√	X	√	√

總而言之，對于表面成型選擇的類型，必須選擇最佳類型，并且可以實現眾多功能。每種類型的表面成型都有其自身的優點和缺點。但是不用擔心。有一些工程上的技巧可以解決由于表面成型引起的問題。例如，對于OSP潤濕力較低的缺點，可以使用一些解決方案，例如更改板的可焊性鍍層或波峰焊合金，增加頂側預熱等。關鍵點是必須按順序考慮所有可能的元素。獲得理想的性能。

如今，環境問題在電子領域變得越來越重要。為了限制產生的有害物質，歐盟已發布了RoHS。RoHS，也稱為無鉛，代表有害物質限制。RoHS，也稱為Directive 2002/95 / EC，起源于歐盟，并限制使用在電氣和電子產品中發現的六種有害物質。自2006年7月1日起，所有在歐盟市場上適用的產品都必須通過RoHS認證。RoHS影響整個電子行業以及許多電氣產品。因此，未來無鉛焊料的表面成型將有更多的關注者。

ENIG和ENEPIG之間的比較

在PCB制造過程中應用的技術中，那些有助于表面成型的技術在PCB組裝以及其中應用了電路板的電子產品的應用中起著至關重要的作用。

PCB上的銅層容易在空氣中被氧化，從而易于產生銅氧化，這將嚴重降低焊接質量。但是，表面成型能夠阻止銅墊氧化，因此可以保證出色的可焊性和相應的電氣性能。市場對電子設備的小型化，更高的功能性和可靠性的不斷增長的市場需求將PCB推向薄，輕量，高密度和更高的信號傳輸速度。因此，表面成型必須在穩定性和可靠性方面接受即將到來的挑戰，以與上述開發要求兼容。

此外，基于對環境友好型可持續發展意識的增強，涉及PCB表面成型的環境污染問題正日益引起全球關注。歐盟制定的RoHS（有害物質限制）和WEEE（廢棄電氣電子設備）法規旨在消除電子產品中的鉛和汞等有害物質，要求綠色或無鉛的PCB表面生產結束。ENIG（化學鍍鎳沉金）和ENEPIG（化學鍍鎳沉金）作為一種表面成型，不僅可以滿足PCB市場所要求的技術要求，而且還可以根據無鉛焊料的趨勢進行調整，因此發展潛力。

然而，人們很難分辨出ENIG和ENEPIG之間的區別，更不用說知道何時依賴哪個。本文的以下內容將提供ENIG和ENEPIG的定義及其制造工藝，討論它們的優缺點，目的是提供在特定情況下何時使用每種成型的指南。

表面成型選擇注意事項

到目前為止，公認的主要表面成型為HASL（熱風焊料調平），OSP（有機焊料防腐劑），浸錫，浸金，ENIG和ENEPIG。面對具有各自優點和缺點的不同表面成型，當您選擇一種與您的產品兼容的類型時，是否遭受了劇烈的痛苦？實際上，無論您的PCB產品類型是什么或必須滿足什么要求，您對表面成型的選擇都必須基于成本，最終產品的應用環境，細間距組件，無鉛或無鉛，RF應用中的考慮因素。（高頻率可能性），保質期，抗沖擊和跌落，熱阻，體積和產量。

因此，上面提到的考慮元素可以作為您最終決定PCB表面成型的參考之一。當然，這些項目永遠不可能是具有同等重要性的平均重要性。然后，在你準備好依賴這個列表并考慮你具體的產品情況之前，應該澄清每個項目的重要性程度。

ENIG和ENEPIG的出現

早在20世紀90年代，由于PCB向更好的線路和微孔的發展，加上HASL和OSP的突出缺點，如前者的平坦性問題和后者的通量消除問題，ENIG開始被用作PCB制造中表面拋光的另一種替代方案。

為了擊敗黑鎳板，ENIG的主要弱點，ENEPIG作為ENIG的升級版問世。通過在化學鎳和浸金之間添加鍍鈀，ENEPIG會包含一層電阻薄層，其厚度通常在0.05μm至0.1μm的范圍內。鈀層在阻止浸金技術腐蝕鎳層方面發揮了作用。結果，ENEPIG能夠克服由ENIG保持的黑墊的缺陷。此外，ENEPIG具有高度可靠的引線鍵合能力，出色的多次回流焊接能力以及包含開關觸點表面的特性，使其能夠同時滿足高密度PCB和多表面封裝的嚴格要求。基于這些優點，ENEPIG也被稱為通用表面成型。

ENIG和ENEPIG的優缺點

在1990年代，隨著PCB細線和HASL（熱空氣焊料調平）的微孔和平面度問題以及OSP（有機可焊性防腐劑）的消除焊錫問題的發展趨勢，ENIG技術開始在PCB制造中被廣泛使用。

與ENIG相比，ENEPIG技術早在1980年代就已應用于PCB制造。然而，由于ENEPIG成本高且產品對表面成型要求低，因此并未得到廣泛使用和推廣。目前，對小型化，薄型化和多功能的要求為ENEPIG提供了更多機會。

下表顯示了ENIG和ENEPIG的優點。

	ENIG	ENEPIG
好處	?易于加工的機制 ?平坦的表面 ?良好的抗氧化性 ?良好的電性能 ?耐高溫 ?良好的熱擴散性 ?保質期長 ?無集膚效應 ?可用于未經處理的接觸表面 ?無鉛	?出色的多次回流循環 ?能夠確保良好的可焊性 ?高度可靠的引線鍵合能力 ?表面作為鍵觸點 ?與Sn-Ag-Cu焊料高度兼容 ?適用于多種封裝，尤其是具有多種封裝類型的PCB ?無黑色墊

ENEPIG技術是在ENIG技術的基礎上發展而來的，其中添加了鈀層，因此其性能得到了極大的提高。理由是：a.具有致密膜結構的鈀層完全覆蓋在鎳層上，鈀層中的磷含量低于鎳層中的普通含量，從而避免了黑鎳的產生條件，并且消除了黑墊的可能性。b.鈀的熔點為1,554℃，高于金的熔點（1,063℃）。因此，鈀在高溫下的熔化速度相對較慢，并且具有足夠的時間來產生用于保護鎳層的電阻層。c.鈀比金具有更高的硬度，從而提高了焊料的可靠性，引線鍵合能力和減摩性能。d.錫鈀合金具有最強的防腐能力，能夠阻止由一次電池腐蝕引起的蠕變腐蝕，從而可以延長使用壽命。e。鈀的使用能夠減小金層的厚度，與ENIG相比，其成本降低了60％。

每個硬幣都有兩個面。除了優點之外，ENIG和ENEPIG也有一些缺點。

	ENIG	ENEPIG
缺點	?受電鍍條件和整個過程控制的影響 ?受化學鍍鎳和金的厚度的影響 ?電鍍液的電鍍面積受金屬面積大小的影響 ?相對較低的潤濕性 ?容易產生黑墊 ?大大降低了焊點的可靠性 ?集膚效應	?由于鈀層太厚，降低了可焊性 ?較慢潤濕 ?成本高

具有成本效益的表面成型的措施

根據ENIG和ENEPIG的優缺點，當首先考慮可靠性時，選擇ENEPIG作為更好的解決方案是很自然的。但是，其較高的成本阻止了一些公司犧牲一些收入。但是，由于我們已采取措施消除應用ENIG的黑色焊盤問題，因此您完全可以獲得質量與成本之間的最佳平衡。

黑色襯墊隨ENIG的出現而誕生。在將金浸入ENIG中的過程中，由于不良操作下的鎳腐蝕，容易造成黑色焊盤。過度的鎳腐蝕將大大降低潤濕性，并降低焊接性能，當焊料與腐蝕的鎳表面粘接時，焊料必須承受更大的應力。最終，用于焊料和鎳之間接觸的接觸層會破裂，并產生黑色的鎳表面，稱為黑色焊盤。

由于ENIG包含化學鍍金層，因此很難總結是否存在黑墊。除非通過化學方法將金從表面上剝離下來，否則鎳將不會被暴露。另外，在鎳和金的接觸處（焊接前）和焊料與鎳的接觸處（焊接后）將形成富含P的鎳層。這實際上是自然現象，并且與黑墊無關。

導致黑墊的主要原因有兩個方面。首先，技術實施受到這樣的不良控制，使得晶體顆粒不均勻地生長，并且在具有低質量產生的鎳膜的晶體顆粒之間發生許多裂紋。其次，實施金浸沒需要很長時間，以致在鎳表面上容易產生腐蝕并產生裂紋。

在影響化學鍍鎳的所有元素中，阻焊層脫穎而出的原因如下：

原因1：阻焊層的交叉鍵合和剛性不足，容易在銅表面留下污染物，從而阻止了活化反應的發生。在熱的化學鎳溶液中，會產生氫氣釋放出焊料掩膜單體。然后，它禁止化學鎳的反應并破壞化學平衡。

原因2：阻焊層不良的表面會導致焊盤表面劣化。

原因3：填充在微通孔中的阻焊層傾向于經歷電化學反應，從而將阻止形成均勻的催化表面。

為了成功解決黑墊問題，可以采取三種措施：

措施1：應控制化學鎳溶液的pH值。

措施2：必須分析化學鎳溶液的穩定劑含量。

措施3：浸金時應停止鎳表面腐蝕。

到目前為止，沉金技術的改進已取得了良好的效果。新開發的浸金技術不僅可以減少鎳表面的腐蝕，而且還有助于降低成本。與上一代的浸金溶液（pH = 4.5-5.5）相比，新一代的浸金溶液的pH值范圍為7.0至7.2，接近中性。中性液體在阻止氫離子腐蝕鎳表面方面表現最佳。而且，新一代浸金技術可以在較低的金溶液中實施，這使初始原材料的成本降低了50％至80％，并且對底層的鎳影響很小。

當談到柔性PCB的表面成型時，如果將當前的ENIG直接施加到柔性電路板上，則隨著基板彎曲，帶有層的鎳膜會產生裂紋，這將進一步導致底層銅的裂紋。為了適應柔性板的表面成型要求，新開發的化學鍍鎳技術能夠產生具有柱狀結構的鎳膜。當基板彎曲時，在表面只能形成微裂紋，并且裂紋不會散布到底層的銅中。

上面列出的所有分析和措施僅適用于ENIG，而ENEPIG則不需要它們作為ENIG的升級版。

實際上，上述措施是由PCB制造商積累并測試的，可以滿足客戶對高可靠性和低成本的需求。一旦選擇了ENIG，即使由于我們以客戶為導向的原則而存在“嚴重”缺陷，我們仍然有責任確保其質量。

ENIG和ENEPIG之間的應用比較

ENIG和ENEPIG應用領域因其獨特的優勢而有所不同。ENIG適用于無鉛焊接，SMT（表面安裝技術），BGA（球柵陣列）封裝等。ENIG能夠提供的行業和產品包括數據/電信，高端消費者，航空航天，軍事和高性能設備和醫療行業。此外，由于其可靠性高，ENIG特別適用于柔性市場。

ENEPIG能夠滿足多種封裝的更嚴格要求，包括THT（通孔技術），SMT，BGA，引線鍵合，壓配合等。更好的是，ENEPIG還適用于具有不同封裝技術的PCB.因此，ENEPIG的應用領域可服務于對密度和可靠性有更高要求的航空航天，軍事和高性能設備以及醫療行業。

實際上，PCB板制造商的工作就是為客戶提供最優質的產品。作為PCB制造過程中的重要一步，高質量的表面成型絕對決定了電路板的高質量。因此，PCB制造商必須確保表面成型能夠滿足其所服務的電路板和最終產品所要求的要求。

技術與制造過程

要了解ENIG和ENEPIG的技術和制造工藝可能有些沉悶，但是它可以讓您確切地知道這兩種表面成型會發生什么。

1）ENIG的技術與制造工藝

ENIG中涉及三層金屬結構，包括銅，鎳和金。該過程主要包括：銅活化，ENP（化學鍍鎳）和浸金。

?銅活化

銅活化是在ENP中進行選擇性沉積的特權。需要置換反應，以便可以在充當催化表面的銅層上生成鈀的薄層。在PCB制造過程中，PdSO4和PdCl2通常用作具有以下反應式的活化劑：

Cu+Pd2+→Cu2++Pd

?ENP

在ENIG技術中，鎳層具有兩個功能。作為阻擋層，它可以阻止銅和金的相互擴散。另一方面，它會與錫反應，生成優異的IMC（金屬間化合物）Ni3Sn4，從而可以確保良好的組裝可焊性。在催化表面的作用下，ENP通過與NaH2PO2作為還原劑的氧化還原反應導致鎳層的沉積。一旦鎳層完全被鈀催化表面覆蓋，單質鎳就使鎳沉積繼續作為ENP的催化劑。

重要的是要指出的是，通過還原劑的水解所發射的原子狀態的活性氫的NaH很重要2PO2，使鎳2+還原成鎳的單質情況H2PO2-磷的單質。因此，ENIG技術中的ENP層實際上是鎳-磷合金層。該步驟的反應公式如下：

?2PO2-+ H2O→H ^++ HPO32-+ 2H

Ni2++ 2H→Ni↓+ 2H+

?2PO2-+ H→P↓+ OH-+ H2?

?2PO2-+ H2O→H ^2↑+ H++ HPO32-

?沉金

在ENIG技術中，金層的優點是接觸電阻低，氧化機會少，強度高和抗磨擦，能夠滿足電路導電性要求并保護銅層和鎳層不被氧化，從而可以保證鎳層的可焊性。浸金是指通過置換反應在鎳層表面上生成金層，直到生成的金層完全被鎳層覆蓋后，置換反應才會停止。這就是為什么金層相對較薄。指示該步驟的反應公式如下：

2AU（CN）2+Ni→2AU +Ni2++ 4CN-

2）ENEPIG技術與制造流程

與ENIG不同，ENEPIG采用四層金屬結構，包括銅，鎳，鈀和金。ENEPIG的工藝與ENIG的工藝相同，只是在ENP和浸金之間添加了化學鍍鈀。

鈀層作為阻擋層添加到ENEPIG技術中，阻止了在金沉積和從鎳層向金層擴散的過程中溶液引起的鎳層腐蝕。同時，由于鈀層的致密性以增加可焊性，因此可以將其用作抗氧化層和抗腐蝕層。類似于化學鍍鎳，化學鍍鈀通過與作為還原劑的NaH2PO2的氧化還原反應導致鈀層的沉積。指示該步驟的反應公式如下：

?2PO2-+ H2O→H ^++ HPO32-+ 2H

鈀2++ 2H→鈀↓+ 2H+

?2PO2-+ H→第↓+ OH-+ H2?

?2PO2-+ H2O→H ^2↑+ H++ HPO32-

原文標題：PCB表面成型的介紹和比較

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審核編輯：湯梓紅