PCB焊盘涂层对焊接可靠性的影响（一）

一、PCB常用可焊性涂层的特性描述

1．ENIG Ni（P）／Au镀层

1）镀层特点ENIG Ni（P）／Au（化学镀镍、金）工艺是在PCB涂敷阻焊层（绿油）之后进行的。对ENIG Ni／Au工艺的最基本要求是可焊性和焊点的可靠性。化学镀Ni层厚度为3～5μm，化学镀薄Au层（又称浸Au、置换Au），厚度为0．025～0．1μm。化学镀厚Au层（又称还原Au），厚度为0．3～1μm，一般在0．5μm左右。

化学镀镍的含P量，对镀层可焊性和耐腐蚀性是至关重要的。一般以含P 7％～9％为宜（中磷）。含P量太低，镀层耐腐蚀性差，易氧化。而且在腐蚀环境中由于Ni／Au的腐蚀原电池作用，会对Ni／Au的Ni表面层产生腐蚀，生成Ni的黑膜（NixOy），这对可焊性和焊点的可靠性都是极为不利的。P含量高，镀层抗腐蚀性提高，可焊性也可以改善

2）应用特性

●成本高；

●黑盘问题很难根除，虚焊缺陷率往往居高不下；

●ENIG Ni／Au表面的二级互连可靠性比OSP、Im－Ag、Im－Sn及HASL－Sn等涂敷层的可靠性都要差；

●由于ENIG Ni／Au用的是Ni和5％～12％的P一起镀上去的，因此，当PCBA工作频率超过5GHz，趋肤效应很明显时，信号传输中由于Ni－P复合镀层的导电性比铜差，所以信号的传输速度变慢；

●焊接中Au溶入钎料后与Sn形成的AuSn4金属间化合物碎片，导致高频阻抗不能“复零”；

●存在“金脆”是降低焊点可靠性的隐患。一般情况下，焊接时间很短，只在几秒内完成，所以Au不能在焊料中均匀地扩散，这样就会在局部形成高浓度层，这层的强度最低。

2．Im－Sn镀层1）镀层特点Im－Sn是近年来无铅化过程中受重视的可焊性镀层。浸Sn化学反应（用硫酸亚锡或氯化亚锡）所获得的Sn层厚度在0．1～1．5μm之间（经多次焊接至少浸Sn厚度应为1．5μm）。该厚度与镀液中的亚锡离子浓度、温度及镀层疏孔度等有关。由于Sn具有较高的接触电阻，在接触探测测试方面，不像浸银的那样好。常规Im－Sn工艺，镀层呈灰色，由于表面呈蜂窝状排列，以致疏孔较多，容易渗透导致老化程度加快。

2）应用特性

●成本比ENIG Ni／Au及Im－Ag、OSP低；

●存在锡晶须问题，对精细间距与长使用寿命器件影响较大，但对PCB的影响不大；

●存在锡瘟现象，Sn相变点为13．2℃，低于这个温度时变成粉末状的灰色锡（α锡），使强度丧失；

●Sn镀层在温度环境下会加速与铜层的扩散运动而导致SnCu金属间化合物（IMC）的生长，如表1所示；

●经过高温处理后，由于锡层厚度的消耗，将导致储存时间缩短，如表2所示；

●新板的润湿性好，但存储一段时间后，或多次再流后润湿性下降快，因此后端应用工艺性较差。

3．OSP涂层

1）涂层特点OSP是20世纪90年代出现的Cu表面有机助焊保护膜（简称OSP）。某些环氮化合物，如含有苯骈三氮唑（BTA）、咪唑、烷基咪唑、苯骈咪唑等的水溶液很容易和清洁的铜表面起反应，这些化合物中的氮杂环与Cu表面形成络合物，这层保护膜防止了Cu表面被氧化。

2）应用特性

●成本较低，工艺较简单；

●当焊接加热时，铜的络合物很快分解，只留下裸铜，因为OSP只是一个分子层，而且焊接时会被稀酸或助焊剂分解，所以不会有残留物污染问题；

●对有铅焊接或无铅焊接均能较好地兼容；

●OSP保护涂层与助焊剂RMA（中等活性）兼容，但与较低活性的松香基免清洗助焊剂不兼容；

●OSP的厚度（目前较多采用0．2～0．4μm）对所选用的助焊剂的匹配性要求较高，不同的厚度对助焊剂的匹配性要求也不同；

●储存环境条件要求高，车间寿命短，若生产管理不能配合，就不能选用。

4．Im－Ag镀层

1）镀层特点Ag在常温下具有最好的导热性、导电性和焊接性，有极强的反光能力，高频损耗小，表面传导能力高。然而，Ag对S的亲和力极高，大气中微量的S（H2S、SO2或其他硫化物）都会使其变色，生成Ag2S、Ag2O而丧失可焊性。Ag的另一个不足是Ag离子很容易在潮湿环境中沿着绝缘材料表面及体积方向迁移，使材料的绝缘性能劣化甚至短路。

Ag沉积在基材铜上厚0．075～0．225μm，表面平滑，可引线键合。

2）应用特性

●与Au或Pd相比其成本相对便宜；

●有良好的引线键合性，先天具有与Sn基钎料合金的优良可焊性；

●在Ag和Sn之间形成的金属间化合物（Ag3Sn）并没有明显的易碎性；

●在射频（RF）电路中由于趋肤效应，Ag的高电导率特性正好发挥出来；

●与空气中的S、Cl、O接触时，在表面分别生成AgS、AgCl、Ag2O，使其表面会失去光泽而发暗，影响外观和可焊性。

二、国内外PCB镀层的应用情况

1．有铅应用情况大面积使用的是HASL Sn37P钎料工艺，也有使用OSP工艺的。

2．无铅应用情况在无铅用PCB表面可焊性保护涂层中，发现现有的4种涂层（ENIG Ni／Au、Im－Sn、Im－Ag、OSP）谁也没有明显的优势，因此造成了不同地区和国家选用的类型都不一样。例如，北美优选Im－Ag，欧洲只用Im－Sn，日本较普遍采用OSP（少量采用HASL－Sn），国内较多采用ENIG Ni／Au、OSP等。综合各种PCB表面涂层的主要特性，如表3。