PCB焊盤涂層對焊接可靠性的影響（一）

一、PCB常用可焊性涂層的特性描述

1．ENIG Ni（P）／Au鍍層

1）鍍層特點ENIG Ni（P）／Au（化學鍍鎳、金）工藝是在PCB涂敷阻焊層（綠油）之后進行的。對ENIG Ni／Au工藝的最基本要求是可焊性和焊點的可靠性。化學鍍Ni層厚度為3～5μm，化學鍍薄Au層（又稱浸Au、置換Au），厚度為0．025～0．1μm。化學鍍厚Au層（又稱還原Au），厚度為0．3～1μm，一般在0．5μm左右。

化學鍍鎳的含P量，對鍍層可焊性和耐腐蝕性是至關重要的。一般以含P 7％～9％為宜（中磷）。含P量太低，鍍層耐腐蝕性差，易氧化。而且在腐蝕環境中由于Ni／Au的腐蝕原電池作用，會對Ni／Au的Ni表面層產生腐蝕，生成Ni的黑膜（NixOy），這對可焊性和焊點的可靠性都是極為不利的。P含量高，鍍層抗腐蝕性提高，可焊性也可以改善

2）應用特性

●成本高；

●黑盤問題很難根除，虛焊缺陷率往往居高不下；

●ENIG Ni／Au表面的二級互連可靠性比OSP、Im－Ag、Im－Sn及HASL－Sn等涂敷層的可靠性都要差；

●由于ENIG Ni／Au用的是Ni和5％～12％的P一起鍍上去的，因此，當PCBA工作頻率超過5GHz，趨膚效應很明顯時，信號傳輸中由于Ni－P復合鍍層的導電性比銅差，所以信號的傳輸速度變慢；

●焊接中Au溶入釬料后與Sn形成的AuSn4金屬間化合物碎片，導致高頻阻抗不能“復零”；

●存在“金脆”是降低焊點可靠性的隱患。一般情況下，焊接時間很短，只在幾秒內完成，所以Au不能在焊料中均勻地擴散，這樣就會在局部形成高濃度層，這層的強度最低。

2．Im－Sn鍍層1）鍍層特點Im－Sn是近年來無鉛化過程中受重視的可焊性鍍層。浸Sn化學反應（用硫酸亞錫或氯化亞錫）所獲得的Sn層厚度在0．1～1．5μm之間（經多次焊接至少浸Sn厚度應為1．5μm）。該厚度與鍍液中的亞錫離子濃度、溫度及鍍層疏孔度等有關。由于Sn具有較高的接觸電阻，在接觸探測測試方面，不像浸銀的那樣好。常規Im－Sn工藝，鍍層呈灰色，由于表面呈蜂窩狀排列，以致疏孔較多，容易滲透導致老化程度加快。

2）應用特性

●成本比ENIG Ni／Au及Im－Ag、OSP低；

●存在錫晶須問題，對精細間距與長使用壽命器件影響較大，但對PCB的影響不大；

●存在錫瘟現象，Sn相變點為13．2℃，低于這個溫度時變成粉末狀的灰色錫（α錫），使強度喪失；

●Sn鍍層在溫度環境下會加速與銅層的擴散運動而導致SnCu金屬間化合物（IMC）的生長，如表1所示；

●經過高溫處理后，由于錫層厚度的消耗，將導致儲存時間縮短，如表2所示；

●新板的潤濕性好，但存儲一段時間后，或多次再流后潤濕性下降快，因此后端應用工藝性較差。

3．OSP涂層

1）涂層特點OSP是20世紀90年代出現的Cu表面有機助焊保護膜（簡稱OSP）。某些環氮化合物，如含有苯駢三氮唑（BTA）、咪唑、烷基咪唑、苯駢咪唑等的水溶液很容易和清潔的銅表面起反應，這些化合物中的氮雜環與Cu表面形成絡合物，這層保護膜防止了Cu表面被氧化。

2）應用特性

●成本較低，工藝較簡單；

●當焊接加熱時，銅的絡合物很快分解，只留下裸銅，因為OSP只是一個分子層，而且焊接時會被稀酸或助焊劑分解，所以不會有殘留物污染問題；

●對有鉛焊接或無鉛焊接均能較好地兼容；

●OSP保護涂層與助焊劑RMA（中等活性）兼容，但與較低活性的松香基免清洗助焊劑不兼容；

●OSP的厚度（目前較多采用0．2～0．4μm）對所選用的助焊劑的匹配性要求較高，不同的厚度對助焊劑的匹配性要求也不同；

●儲存環境條件要求高，車間壽命短，若生產管理不能配合，就不能選用。

4．Im－Ag鍍層

1）鍍層特點Ag在常溫下具有最好的導熱性、導電性和焊接性，有極強的反光能力，高頻損耗小，表面傳導能力高。然而，Ag對S的親和力極高，大氣中微量的S（H2S、SO2或其他硫化物）都會使其變色，生成Ag2S、Ag2O而喪失可焊性。Ag的另一個不足是Ag離子很容易在潮濕環境中沿著絕緣材料表面及體積方向遷移，使材料的絕緣性能劣化甚至短路。

Ag沉積在基材銅上厚0．075～0．225μm，表面平滑，可引線鍵合。

2）應用特性

●與Au或Pd相比其成本相對便宜；

●有良好的引線鍵合性，先天具有與Sn基釬料合金的優良可焊性；

●在Ag和Sn之間形成的金屬間化合物（Ag3Sn）并沒有明顯的易碎性；

●在射頻（RF）電路中由于趨膚效應，Ag的高電導率特性正好發揮出來；

●與空氣中的S、Cl、O接觸時，在表面分別生成AgS、AgCl、Ag2O，使其表面會失去光澤而發暗，影響外觀和可焊性。

二、國內外PCB鍍層的應用情況

1．有鉛應用情況大面積使用的是HASL Sn37P釬料工藝，也有使用OSP工藝的。

2．無鉛應用情況在無鉛用PCB表面可焊性保護涂層中，發現現有的4種涂層（ENIG Ni／Au、Im－Sn、Im－Ag、OSP）誰也沒有明顯的優勢，因此造成了不同地區和國家選用的類型都不一樣。例如，北美優選Im－Ag，歐洲只用Im－Sn，日本較普遍采用OSP（少量采用HASL－Sn），國內較多采用ENIG Ni／Au、OSP等。綜合各種PCB表面涂層的主要特性，如表3。