什么是PCB表面處理工藝？
PCB上沒有阻焊層覆蓋的銅表面，如元器件的焊盤、金手指、機械孔等。如果沒有保護涂層，銅表面很容易被氧化，從而影響PCB可焊接區域的裸銅和元件之間的焊接。
如下圖所示，表面處理位于PCB的最外層，位于銅層之上，起到銅表面“涂層”的作用。
表面處理主要功能是保護裸露的銅表面不被氧化電路，從而在焊接時提供可焊表面進行焊接。
PCB表面處理工藝分類
PCB表面處理工藝分為以下幾類：
熱風焊料整平（HASL）
沉錫（浸錫) （ImSn）
化學鎳金（沉金） (ENIG)
有機可焊性防腐劑 (OSP)
沉銀（化學銀） (ImAg)
化學鍍鎳化學鍍鈀浸金 (ENEPIG)
電鍍鎳金（電解金）Electrolytic Nickel/Gold
熱風焊料整平（HASL）
熱風焊料整平 Hot Air Solder Level (HASL)，俗稱噴錫， 分為無鉛噴錫和有鉛噴錫，是最常用也是價格相對便宜的表面處理工藝。
PCB的保存壽命可達12個月，工藝溫度250℃，表面處理的厚度范圍1-40um。
噴錫工藝，會將電路板浸入熔融焊料（錫/鉛）中，讓焊料覆蓋PCB上裸露的銅表面。PCB離開熔化的焊料時，高壓熱空氣通過氣刀吹過表面，使焊料沉積平整并去除多余的焊料。
噴錫工藝的過程需要掌握：焊接溫度、風刀風溫、風刀壓力、浸焊時間、提升速度等。保證PCB完全浸入熔化的焊料中，風刀可以在焊料凝固前將焊料吹起，風刀壓力能夠最大限度減少銅表面的彎月面并不會出現焊料橋接。
沉錫（浸錫) （ImSn）
沉錫（浸錫）Immersion Tin (ImSn) 是一種通過化學置換反應沉積的金屬飾面，直接施加在電路板的基礎金屬（即銅）上，能夠滿足小間距元器件對于PCB表面平整度的要求。
沉錫能保護底層銅在3-6個月的保質期內不被氧化，由于所有焊料都是錫基的，沉錫層可以匹配任何類型的焊料。在錫浸液中加入有機添加劑后，錫層結構呈顆粒狀結構，克服了錫須和錫遷移帶來的問題，同時還具有良好的熱穩定性和可焊性。
沉錫工藝溫度50℃，表面處理厚度在0.8-1.2um。特別適合通過壓接進行連接的PCB，比如通信背板。
化學鎳金（沉金） (ENIG)
化學鎳金（化學鍍鎳浸金）（沉金）Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)，能夠滿足小間距器件（BGA和μBGA）對于表面平整度和無鉛加工對PCB的要求。
ENIG由兩層金屬涂層組成，鎳通過化學工藝沉積在銅表面，然后通過置換反應涂上金原子。鎳的厚度為3~6μm，金的厚度為0.05~0.1μm。鎳充當銅的屏障，是元器件實際焊接到的表面，金的作用是在儲存過程中防止鎳氧化，保質期能達到一年左右，而且可以保證出色的表面平整度。
沉金工藝在高密度板、常規硬板和軟板上都有廣泛的應用，可靠性高，支持使用鋁線做引線鍵合。廣泛應用于消費、通信/計算、航空航天和醫療等行業。
有機可焊性防腐劑 (OSP)
有機可焊性防腐劑 organic solderability preservatives (OSP) ，是在暴露的銅上涂上一層非常薄的材料保護層，從而保護銅表面免受氧化。
有機膜具有抗氧化、抗熱震、防潮等特性，可以保護銅表面在正常環境下不被氧化或硫化等。在后高溫焊接環節，有機膜會很容易被助焊劑快速去除，使裸露的干凈銅面立即與熔化的焊錫結合，在極短的時間內形成牢固的焊點。
OSP是一種水基有機化合物，可選擇性地與銅結合，在焊接前保護銅面。與其他無鉛表面處理工藝相比，非常環保，因為其他表面處理工藝會有毒性或能耗更高。
沉銀（化學銀） (ImAg)
沉銀（化學銀）Immersion silver (ImAg)，是通過將 PCB浸入銀離子槽中通過置換反應，直接給銅鍍上一層純銀。銀具有穩定的化學性質。經過浸銀工藝加工的PCB即使暴露在熱、潮濕和污染的環境中，即便表面會失去光澤，仍能保持良好的電氣性和可焊性。
有時為以防止銀與環境中的硫化物發生反應，沉銀會與OSP涂層結合使用。對于大多數應用，沉銀可以取代沉金。如果PCB中不希望引入磁性材料（鎳）時，可以選擇使用沉銀。
沉銀的表面厚度是0.12～0.40μm，保質期是6至12個月，沉銀工藝對于加工過程中表面的清潔度敏感，需要保證整個生產過程不會帶來沉銀表面污染。沉銀工藝適合需要EMI屏蔽的PCB，薄膜開關和鋁線鍵合等應用。
化學鍍鎳化學鍍鈀浸金 (ENEPIG)
化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）與ENIG相比，ENEPIG在鎳和金之間多了一層鈀，進一步保護鎳層免受腐蝕，防止ENIG表面處理可能出現的黑墊，因而表面光潔度更有優勢。鎳的沉積厚度約為3~6μm，鈀的厚度約為0.1~0.5μm，金的厚度為0.02~0.1μm。雖然金層厚度比ENIG薄，但價格更貴。
銅-鎳-鈀-金的層結構，可直接引線鍵合到鍍層。最后一層金層非常薄，很軟，過度的機械損傷或深度劃痕可能會暴露鈀層。
電鍍鎳金（電解金）Electrolytic Nickel/Gold
電鍍鎳金分為“硬金”和“軟金”。
硬金純度較低（99.6%），常用于金手指（PCB邊緣連接器）、PCB觸點或其他硬磨損區域。金的厚度可以根據要求而變化。
軟金更純凈（99.9%），通常用于引線鍵合。
硬電解金
硬金是一種含有鈷、鎳或鐵絡合物的金合金。鍍金和銅之間使用低應力鎳。硬金適合用于使用頻繁且極有可能磨損的組件，例如：載板、金手指、按鍵PAD。
硬金表面處理的厚度會因應用而異，IPC 最大可焊厚度建議為17.8μin，IPC1類和2類應用建議25μin金和 100μin鎳，IPC3類應用建議50μin金和100μin鎳。
軟電解金
主要用于需要引線鍵合與高可焊性要求的PCB，與硬金相比，軟金焊接的接頭更牢固。
軟電解金表面處理
如何選擇PCB表面處理工藝？
PCB表面處理工藝會直接影響產量、返工數量、現場故障率、測試能力、廢品率。為了最終產品的質量和性能，必須選擇滿足設計需求的表面處理工藝。在工程中可以從以下角度考慮：
焊盤平整度
焊盤平整度直接影響PCBA的焊接質量，尤其是板子上如果有比較大的BGA或者間距更小的μBGA時，需要焊盤表面的保護層薄而均勻時可以選擇ENIG、ENEPIG 和OSP。
可焊性和潤濕性
可焊性始終是PCB的是一個關鍵因素，在滿足其他要求的前提下，優選選擇可焊性高的表面處理工藝，從而保證回流焊的良率。
焊接次數
PCB要焊接或者返工多少次？OSP的表面處理工藝不適合兩次以上的返工。這個時候也會選擇復合的表面處理工藝，如沉金+OSP，目前智能手機等高端電子產品會選擇這種處理工藝。
RoHS合規性
PCBA里的鉛元素主要來源于元器件引腳、PCB焊盤和焊料。為了符合ROHS規定，PCB的表面處理方式也要符合ROHS規范。比如：沉金（ENIG）、沉錫、沉銀和OSP等都復合ROHS規范。
金屬鍵合
如果需要金線或鋁線鍵合，可能僅限于ENIG、ENEPIG和軟電解金。
焊點可靠性
PCB的表面處理工藝也會影響PCBA最終的焊接質量，如果需要高可靠的焊點，可以選擇使用沉金或者鎳鈀金工藝。
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