無(wú)鉛技術(shù)系列文章五：PCB和PCB焊盤(pán)鍍層

無(wú)鉛技術(shù)系列文章五：PCB和PCB焊盤(pán)鍍層'心」薛競(jìng)成撰寫(xiě)前言：上篇文章我們談到了焊料合金。我們也提到整個(gè)焊接必須當(dāng)作個(gè)系統(tǒng)來(lái)處理和考慮。而這個(gè)系統(tǒng)中就包括了材料、工藝、設(shè)備、檢測(cè)、返修幾個(gè)主要部分。在材料中，除了焊料合金和助焊劑是個(gè)關(guān)鍵技術(shù)外，就是PCB材料、焊盤(pán)鍍層（保護(hù)層），以及器件焊端的材料了。我們這期就來(lái)看看PCB方面的發(fā)展。無(wú)鉛技術(shù)對(duì)PCB主要造成兩個(gè)方面的影響。一是較高的熱量或溫度對(duì)PCB基材造成的破壞威脅；另一是和焊盤(pán)保護(hù)鍍層材料相關(guān)的，雖然鍍層材料在進(jìn)入無(wú)鉛技術(shù)時(shí)并沒(méi)有什么變化，但由于焊料合金的改變，使焊點(diǎn)和焊盤(pán)界面特性也起了變化，而這變化是否影響焊點(diǎn)的可靠性，是無(wú)鉛技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。PCB的耐熱性能：雖然無(wú)鉛焊接可以在傳統(tǒng)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行（即所謂的drop-in工藝），但對(duì)于多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，要做到這一點(diǎn)是不容易的。尤其是要做到每一種產(chǎn)品都能夠在傳統(tǒng)的峰值為235°C以下焊接成功的話，就需要有十分良好的DFM、設(shè)備和工藝的配合。這些技能的掌握并非容易。所以對(duì)于許多用戶(hù)來(lái)說(shuō)，無(wú)鉛也就意味著較高的焊接溫度。而在較高溫度的情況下，原有的PCB材料是否還能夠承受這些熱量而不會(huì)出現(xiàn)可靠性問(wèn)題呢在傳統(tǒng)工藝上，PCB的軟化溫度（Tg，GlassTransitionTemperature）一直是個(gè)主要的關(guān)注指標(biāo)。這特性指標(biāo)也常間接地被使用來(lái)評(píng)估基板的耐熱性。越高的Tg，意味著耐熱性較高，也意味著在焊接過(guò)程中變形的程度會(huì)較小。在常用的FR4材料上，Tg的范圍大約從低Tg值的120+°C到高Tg類(lèi)FR4的180°C左右。而這溫度，在無(wú)鉛的一些應(yīng)用上（如大而薄的BGA）是不太理想的。所以追求更高的Tg,或在使用上小心設(shè)計(jì)，或采用drop-in工藝（注一），是一些無(wú)鉛用戶(hù)的研發(fā)重點(diǎn)。不過(guò)在無(wú)鉛的普遍高溫度的研究中，使業(yè)界發(fā)現(xiàn)了在PCB基材上，有另外一個(gè)特性對(duì)我們的應(yīng)用更重要。這就是層壓分離溫度（Td,Delaminationtemperature）。這特性指的是在某一高溫下，PCB的層壓間開(kāi)始失去結(jié)合力而出現(xiàn)脫離現(xiàn)象。在錫鉛技術(shù)時(shí)代，人們很少發(fā)現(xiàn)PCB分層的問(wèn)題（除非是PCB的制造上問(wèn)題）。但當(dāng)焊接溫度和時(shí)間加高加長(zhǎng)以后，這類(lèi)問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)了。所以用戶(hù)也就開(kāi)始關(guān)心供應(yīng)商使用的材料的這一特性指標(biāo)。一些專(zhuān)家認(rèn)為，在無(wú)鉛技術(shù)中，這指標(biāo)甚至比Tg的應(yīng)用更為重要。原因是它所表示的特性，遇到問(wèn)題的可能性更高。Td在英文中有時(shí)也稱(chēng)為DecompositionTemperature（縮寫(xiě)不變，都是Td）。也就是分解溫度。原因是造成分層問(wèn)題的原因，是由PCB基材中樹(shù)脂的化學(xué)分解造成的。不過(guò)雖然Td在無(wú)鉛應(yīng)用中很重要，并非所有的供應(yīng)商對(duì)這特性都給于測(cè)試以及制定指標(biāo)，所以還得通過(guò)用戶(hù)不斷的提出要求才能推動(dòng)起來(lái)。還有一個(gè)特性，就是影響外觀的變色。一些FR4材料在240°C以上時(shí)就會(huì)變色（變得更深更暗的褐色）。而無(wú)鉛焊接的溫度可能高達(dá)245到250°C,這將會(huì)給產(chǎn)品帶來(lái)外觀上的問(wèn)題。雖然此時(shí)的基板質(zhì)量（如絕緣性等）并沒(méi)有變，但對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)總是個(gè)不放心的因素。由于目前沒(méi)有Tg超過(guò)260°C的材料，所以焊接過(guò)程中產(chǎn)生曲翹的傳統(tǒng)問(wèn)題依然存在。甚至隨著焊接熱量的增加而更嚴(yán)重。而這方面一直也缺乏測(cè)試指標(biāo)（注二），所以用戶(hù)必須得自行處理。PCB的耐熱測(cè)試：不像SMT器件，到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)較統(tǒng)一的測(cè)試方法用來(lái)鑒定PCB在無(wú)鉛技術(shù)中的使用質(zhì)量。一些大企業(yè)例如IBM等有自己的測(cè)試方法。一般都像器件一樣的采用類(lèi)似回流溫度曲線來(lái)測(cè)試。因?yàn)榇蠹艺J(rèn)為這是最接近實(shí)際應(yīng)用的狀況。事實(shí)上由于測(cè)試時(shí)使用的多是裸板，其負(fù)荷和對(duì)流條件和實(shí)際產(chǎn)品是有出入的。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，所要確保的是焊點(diǎn)上的溫度變化，以求符合我們所要的溫度曲線，當(dāng)我們通過(guò)設(shè)置來(lái)達(dá)到這目的時(shí)，由于以上所說(shuō)的空氣對(duì)流性的影響（和布局有很大的關(guān)系），以及導(dǎo)熱特性的變化（和PCB內(nèi)層布線等相關(guān)），我們?cè)诎迳喜煌c(diǎn)的溫度也有不同的變化。所以嚴(yán)格遵守焊接回流曲線圖形是沒(méi)有必要的。而更重要的，是測(cè)試時(shí)的溫度和時(shí)間以及升溫和降溫速率的設(shè)置，也就是熱量的大小和熱沖擊程度的模擬才是個(gè)關(guān)鍵。為此，筆者比較喜歡使用‘梯形'或‘雙梯形'（注三）的測(cè)試方法。如果讀者采用‘焊接回流曲線'的測(cè)試法，我建議測(cè)試的參數(shù)必須比IPC/JEDEC的J-STD-020C來(lái)得嚴(yán)峻。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，PCB由于兩面受熱以及對(duì)流條件較器件好，很多時(shí)候是可能熱于器件的。我見(jiàn)過(guò)的測(cè)試做法，都采用和器件測(cè)試參數(shù)很接近的，有些參數(shù)甚至比器件測(cè)試的要求低。這是不太理想和值得再研究的。目前被看好的鍍層技術(shù)：PCB上焊盤(pán)一般都是使用銅，為了防止銅的氧化而造成可焊性差的現(xiàn)象，所有的焊盤(pán)表面都有經(jīng)過(guò)保護(hù)涂層或鍍層的處理。由于在錫鉛技術(shù)時(shí)代，許多鍍層的材料都已經(jīng)不含有鉛，所以在進(jìn)入無(wú)鉛技術(shù)的研究中，這方面主要是把焦點(diǎn)放在和新的無(wú)鉛焊料合金的兼容性上。同時(shí)，由于SMT一直也在朝向微型化發(fā)展，而焊盤(pán)的平整對(duì)微型組裝是個(gè)重要因素，所以當(dāng)業(yè)界在處理無(wú)鉛技術(shù)的焊盤(pán)鍍層時(shí)，同時(shí)也考慮到鍍層技術(shù)所能提供的平整度。這一來(lái)，使用最廣的傳統(tǒng)熱風(fēng)整平錫鉛技術(shù)（HASL）的用戶(hù)，受到影響的也將會(huì)很多。焊盤(pán)保護(hù)鍍層的種類(lèi)也不少。其中有純錫Sn、純銀Ag、純鉍Bi、以及合金的錫銀SnAg、錫鉍SnBi、錫銅SnCu、錫鎳SnNi、鈀Pd和鈀合金、還有多層的鈀/金Pd/Au、鎳/鈀Pd/Ni、鎳/錫Ni/Sn、鎳/金Ni/Au、以及有機(jī)涂層的OSP。在眾多技術(shù)中目前較受到看好的鍍層技術(shù)有以下幾種：OSP鎳金層（有Electroless和ENIG）浸銀ImAg?純錫（有Electroless和浸錫）業(yè)界，尤其是日本方面，也在發(fā)展熱風(fēng)整平HASL的無(wú)鉛技術(shù)。雖然有一定的成果，但其他技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)平整度的要求，是這門(mén)技術(shù)再不像以往錫鉛時(shí)代一樣的具有很大的優(yōu)勢(shì)。最終是否能受大部分用戶(hù)歡迎而成為主流還是個(gè)未知數(shù)。鍍層加工技術(shù)：一直以來(lái)，焊盤(pán)保護(hù)層的加工（電鍍）技術(shù)，并沒(méi)有得到SMT用戶(hù)廣泛的關(guān)注。我們一般在SMT組裝用戶(hù)中都把這門(mén)知識(shí)交給供應(yīng)商，很少有SMT工程師對(duì)這方面熟悉的。不過(guò)在無(wú)鉛技術(shù)的研究中，業(yè)界發(fā)現(xiàn)不同的加工工藝對(duì)焊點(diǎn)的可靠性也有一定的影響。其實(shí)這狀況在錫鉛技術(shù)中也有，但無(wú)鉛的某些情況下似乎較嚴(yán)重。例如金屬須（Whisker）問(wèn)題，在電鍍加工中情況嚴(yán)重，而在浸鍍和熱風(fēng)整平中幾乎沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)（這類(lèi)問(wèn)題在錫鉛技術(shù)中由于鉛的存在能夠抑制金屬須而不被關(guān)注）。除了個(gè)別工藝在可靠性上有差異外，我們還發(fā)現(xiàn)在不同工藝中，其質(zhì)量保證的要求也不一樣。例如電鍍（Electroplated）工藝本身是較容易控制的。但無(wú)電極電鍍就需要復(fù)雜的電鍍液和控制，對(duì)于質(zhì)量的一致性保證難度較高。這些技術(shù)在供應(yīng)商方面是否能

掌握得好會(huì)直接影響用戶(hù)的產(chǎn)品質(zhì)量。所以對(duì)于那些產(chǎn)品要求可靠性高的行業(yè)，這可是個(gè)SMT工程師需要學(xué)習(xí)了解的新課題。常用的鍍層技術(shù)有電鍍(Electroplating)、無(wú)電極電鍍或化學(xué)電鍍(Electrolessplating)、浸鍍(Immersion)或以上的混合式，例如無(wú)電極電鍍加浸鍍。這些技術(shù)和鍍層材料(如Sn,Pd,Ag,Au等)配合，就出現(xiàn)不同的工藝和壽命特性。這些技術(shù)各有特點(diǎn)，比如電鍍?nèi)菀卓刂?，但因?yàn)榧庸r(shí)必須通電流，而決定電鍍程度的電流密度受到電鍍面外形的影響，所以這工藝用在高密度上較不理想。無(wú)電極電鍍的工藝控制難，雖然結(jié)果能夠有好的質(zhì)量，但供應(yīng)商必須對(duì)該技術(shù)有很好的認(rèn)識(shí)和掌握才行。圖一種顯示了兩個(gè)由于電鍍工藝控制不好的故障例子。r2r2-1--'警甲各?芒圖一：電鍍工藝失控造成的質(zhì)量問(wèn)題，左邊是針孔，右邊是裂痕現(xiàn)象在無(wú)電極電鍍技術(shù)中，電鍍液的配方和控制是個(gè)關(guān)鍵。除了要掌握這配方外，電鍍過(guò)程的溫度、時(shí)間、耗損、以及電鍍液的酸性值等都是必須控制的。所以這門(mén)技術(shù)對(duì)供應(yīng)商的要求較高，而用戶(hù)在供應(yīng)商的選擇和能力評(píng)估上就有必要更小心，以免遇到批量質(zhì)量的變化和風(fēng)險(xiǎn)。圖二顯示了因溫度變化造成的電鍍差異。圖二：不同溫度下電鍍的表面顆粒狀況。這些差異影響如Whisker和IMC等的程度問(wèn)題浸鍍和無(wú)電極電鍍一樣，是屬于化學(xué)鍍的一種。和無(wú)電極電鍍的一大不同是，這類(lèi)鍍層的厚度是自然形成的，是受材料影響而不是受工藝所控制的。比如浸錫鍍層的厚度就較浸銀厚得多。鍍層的厚度影響庫(kù)存壽命以及組裝的焊接工藝參數(shù)和最終的焊點(diǎn)質(zhì)量，所以如果配搭不良就會(huì)造成質(zhì)量問(wèn)題。這也是用戶(hù)必須了解和關(guān)注的。供應(yīng)界的情況：不像錫膏、焊料和器件方面供應(yīng)商一般采取較針對(duì)供應(yīng)的情況，在PCB供應(yīng)商中一般都能同時(shí)提供多種常用鍍層工藝的技術(shù)。例如絕大部分供應(yīng)商都能夠同時(shí)提供HASL，OSP，ENIG，E-Ni/Au技術(shù)。而也有不少能夠提供ImAg，ImSn和無(wú)電極電鍍Sn技術(shù)的。必須強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)，是雖然不少供應(yīng)商都能夠提供多數(shù)常用的技術(shù)和材料，但實(shí)際影響用戶(hù)的，在很大的程度上還有供應(yīng)商的工藝技術(shù)和質(zhì)量管理能力。這方面在以往錫鉛時(shí)代都不被用戶(hù)重視，但在無(wú)鉛技術(shù)中就應(yīng)該加以考慮。作為用戶(hù)，您至少應(yīng)該先判斷這方面是否是您可以忽略的。市場(chǎng)的使用情況：在錫鉛技術(shù)中，熱風(fēng)整平（HASL）技術(shù)由于成本優(yōu)勢(shì)是最被廣泛接受的。但當(dāng)需要較平整表面，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間庫(kù)存和多次加熱應(yīng)用時(shí)，另一類(lèi)的OSP技術(shù)也大量被采用。如果對(duì)保護(hù)性要求更高，以及需要接觸點(diǎn)和鍵合工藝時(shí)，則多數(shù)采用ENIG技術(shù)。這種情況在無(wú)鉛到來(lái)時(shí)只有少部分的改變。主要是由于傳統(tǒng)的HASL技術(shù)多使用錫鉛焊料度層，其材料必須給于改變。加上HASL的平整度一向不太理想，所以在進(jìn)入無(wú)鉛后HASL技術(shù)將會(huì)被取代。而取代的就自然是原本就不含鉛的OSP和ENIG。除了這兩種技術(shù)外，在全球的三大經(jīng)濟(jì)體中，對(duì)其他技術(shù)的使用偏好也有不同的情況。日本在研究和推動(dòng)無(wú)鉛的HASL，主要是以SAC和SnCu為合金材料；美國(guó)看好ImAg；而歐洲則似乎較喜歡ImSn。前年美國(guó)的一份市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告，預(yù)測(cè)在2006年無(wú)鉛大量推行的時(shí)候，各種PCB鍍層技術(shù)的使用量約如圖三中所是示。3C%IS%圖三^2006年P(guān)C庫(kù)鍍展使用頊測(cè)這調(diào)查結(jié)果可能不適合中國(guó)的情況。主要是由于中國(guó)的許多加工業(yè)和北美相比之下，還是屬于低成本以及對(duì)可靠性要求不很高的產(chǎn)品（這還包括了對(duì)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)和意識(shí)不同的問(wèn)題）。而雖然ImAg的成本已經(jīng)大大下降到十分接近HASL的程度（但還不如OSP），但ENIG或Ni/Au的成本仍然十分可觀。所以除了某些應(yīng)用外，相信大部分用戶(hù)還是會(huì)使用OSP，或可能追隨日本的發(fā)展方向-無(wú)鉛HASLo常用鍍層技術(shù)的特性：市場(chǎng)上出現(xiàn)各種的鍍層材料和技術(shù)，肯定有他們受歡迎之處。而一般也各有各的強(qiáng)弱點(diǎn)。圖四是各種常用技術(shù)在一些重要特性上的比較。讀者可以從中了解到各種存在技術(shù)的特性和存在的原因。例如Ni/Au在保護(hù)性能方面有彳艮好的性能，但卻存在成本彳艮高、庫(kù)存壽命較低以及IMC影響可靠性的問(wèn)題。OSP具有成本、加工溫度低和工藝容易的優(yōu)勢(shì)，但質(zhì)量的穩(wěn)定性、庫(kù)存壽命和對(duì)Flux的兼容性上卻是用戶(hù)所擔(dān)心的?；緛?lái)說(shuō)，沒(méi)有一種技術(shù)是具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的。如果從整體

較平衡的角度來(lái)評(píng)估的話，ImAg似乎較具有優(yōu)勢(shì)。這就是近來(lái)ImAg被美國(guó)為主的用戶(hù)所歡迎的原因。尤其是當(dāng)其成本下降之后，已成為具有很大發(fā)展?jié)撃艿募夹g(shù)。HASLImAgImSnOSPE-Ni/Au庫(kù)存壽命（月）12121266成本低中中低高多次回流（次）45534加工難度高中中低高加工溫度（°C）24050704080鍍層厚度（um）1~25厚度可控性低中中低高Flux兼容性高高高中高IMC影響中低中低高圖四：各種常用鍍層技術(shù)的比較下面我們來(lái)看看各種鍍層材料技術(shù)的特性。HASL:由于成本低和使用習(xí)慣而受歡迎，日本較看好這技術(shù)而有較多的研究投入。主要是在SAC以及SnCu合金上。但歐美不看好它的發(fā)展。主要基于其平整度問(wèn)題、高溫加工問(wèn)題以及工藝對(duì)員工有健康風(fēng)險(xiǎn)等考慮。HASL能夠提供和焊料合金完全匹配的材料，有很好的潤(rùn)濕性。但它會(huì)有IMC增長(zhǎng)以及對(duì)PCB綠油不利等問(wèn)題。所以發(fā)展情況不是很肯定，是否最終會(huì)被廣泛接受，得看大多數(shù)用戶(hù)對(duì)工藝和質(zhì)量的敏感程度，OSP和ImAg的成本競(jìng)爭(zhēng)狀況，以及用戶(hù)們是否能夠舍棄這傳統(tǒng)的工藝而定。ImAg：在常用技術(shù)中，ImAg相對(duì)是門(mén)較新的技術(shù)，而其被看好也是最近幾年的事。ImAg在各方面都表現(xiàn)不錯(cuò)，是個(gè)表現(xiàn)‘均衡'的技術(shù)。加上其加工技術(shù)上的改善，使成本得以下降，雖然仍高于HASL和OSP技術(shù)，但低于ImSn和ElectrolessSn，尤其低于Ni/Au許多能夠處理Ni/Au在鍵合以及接觸點(diǎn)的應(yīng)用上。使這技術(shù)被看好。有很大的發(fā)展?jié)撃堋mAg技術(shù)上的好處包括平整度高，導(dǎo)電性強(qiáng)，IMC（Ag3Sn）較其他鍍層材料的IMC堅(jiān)固，加工溫度低（一般46度），潤(rùn)濕性好以及庫(kù)存壽命長(zhǎng)等等。純Sn技術(shù)：采用純錫的最大好處是和一般含Sn量高的無(wú)鉛焊料焊接后沒(méi)有IMC的問(wèn)題。但焊盤(pán)（銅）鍍層加工后形成的SnCu層增長(zhǎng)很快，造成庫(kù)存壽命不長(zhǎng)。在早期，純錫鍍層的質(zhì)量很不穩(wěn)定而曾經(jīng)一度不受歡迎。近來(lái)在工藝上的改進(jìn)（使用‘白錫'和所謂的‘FST'）使這門(mén)技術(shù)又開(kāi)始被接受。有些供應(yīng)商甚至認(rèn)為它將成為無(wú)鉛技術(shù)中PCB鍍層技術(shù)的主流。不過(guò)這必須在Whisker，鍍層加工后的IMC增長(zhǎng)，以及錫瘟等顧慮得到較好的處理后才可能出現(xiàn)。鍍純錫技術(shù)以所有三種常見(jiàn)工藝出現(xiàn)。即電鍍、無(wú)電極電鍍、以及浸鍍技術(shù)。無(wú)電極電鍍技術(shù)，由于Electroplated電鍍純錫技術(shù)中存在的金屬須以及鍍層厚度不均等問(wèn)題而取代它。新的Electoplating電鍍純錫技術(shù)，有報(bào)告說(shuō)通過(guò)電鍍液配方造出較大多邊形結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)以及采用‘白錫'，可以防止金屬須的產(chǎn)生。加上其相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝，使Electroplating技術(shù)又再抬頭。ImSn由于成本低和工藝簡(jiǎn)單，在純錫鍍層中的應(yīng)用已經(jīng)廣泛。ImSn在焊接工藝上被認(rèn)為是表現(xiàn)最接近SnPb技術(shù)的（無(wú)鉛技術(shù)中所有的材料工藝表現(xiàn)都不如傳統(tǒng)的錫鉛材料），但由于浸鍍技術(shù)對(duì)厚度的控制能力不強(qiáng)，鍍層厚度一般只有或以下。這使這門(mén)技術(shù)的庫(kù)存壽命受到較大的威脅。近來(lái)出現(xiàn)的另外一種新技術(shù)，是在浸錫前在焊盤(pán)表面鍍上一層‘有機(jī)金屬'。實(shí)驗(yàn)證明這工藝能夠減小純錫應(yīng)用中IMC層的增長(zhǎng)速度。使純錫應(yīng)用的地位又進(jìn)一步得到提升。Ni/Au技術(shù)：Ni/Au技術(shù)的好處是表面平整度高；可以承受多次的焊接（Ni可以承受多次加熱而不會(huì)有底層的Cu溶蝕現(xiàn)象）；庫(kù)存壽命長(zhǎng)；容易和多數(shù)焊劑兼容；Ni層能夠阻止Cu溶蝕入焊點(diǎn)的Sn中而形成對(duì)焊點(diǎn)不利的合金，對(duì)焊點(diǎn)壽命有利（但Au對(duì)焊點(diǎn)不利而必須給于量上的控制）°Ni/Au的弱點(diǎn)是成本高，以及不適用于所有綠油。而且Au鍍層厚度以及后續(xù)焊接工藝的控制不好時(shí)會(huì)造成焊點(diǎn)可靠性的損失問(wèn)題。常用的Ni/Au電鍍技術(shù)有無(wú)電極電鍍ElectrolessNi/Au（簡(jiǎn)稱(chēng)ENEG）和ElectrolessNi/ImAu（簡(jiǎn)稱(chēng)ENIG）兩種。其中ENIG使用較多，Electroless技術(shù)其次，市場(chǎng)上雖然也有有電極的ElectroplatedNi/Au但供應(yīng)較少。焊點(diǎn)可靠性方面，Ni/Au由于Au和IMC特性的關(guān)系，一般不如其他鍍層材料技術(shù)。Au鍍層厚度是個(gè)質(zhì)量控制的要點(diǎn)，而這又必須在庫(kù)存壽命和可靠性的矛盾需求之間找到平衡點(diǎn)。此外，無(wú)電極電鍍技術(shù)的焊點(diǎn)可靠性也差于有極電鍍。這是因?yàn)楣に囍泄逃械摹?含量的影響。在無(wú)電極電鍍中，當(dāng)焊點(diǎn)形成后，在Ni和以Sn為主的焊料之間存在3層IMC，分別為含大量磷的NiP層，NiPSn層以及Ni2Sn4層。而其中NiP層和NiPSn層之間的結(jié)合力很脆弱，是焊點(diǎn)的強(qiáng)度受到影響。所以無(wú)電極電鍍技術(shù)的焊點(diǎn)一般不如有電極電鍍技術(shù)。不過(guò)在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中業(yè)界也發(fā)現(xiàn)，在無(wú)鉛焊接中如果使用SAC焊料，其中的Cu成分在Ni和Sn之間形成CuNiSn的IMC層。這有助于加強(qiáng)焊點(diǎn)的壽命，是其接近有電極電鍍技術(shù)的能力。而在比較OSP、HASL、ImAg、和Ni/Au可靠性的試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，除了Ni/Au外，其他的可靠性在無(wú)鉛SAC焊接中的可靠性都較錫鉛中遜色。唯有Ni/Au由于CuNiSn層的出現(xiàn)而變得更可靠。業(yè)界使用最廣的Ni/Au技術(shù)是ENIG技術(shù)。也就是先對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行無(wú)電極電鍍鎳層后，再進(jìn)行浸鍍金的做法OENIG有工藝較簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。但金的鍍層厚度不能隨意控制，而且業(yè)界都已經(jīng)知道其質(zhì)量不如Electroplated和ENEG技術(shù)。常出現(xiàn)的問(wèn)題有'鍍層針孔'、黑斑、'黑Pad'、綠油脆化、漏鍍、高磷IMC層、AuSn4沉淀等。其中有些問(wèn)題的機(jī)理還沒(méi)有完全被了解。不過(guò)ENIG有個(gè)重要的強(qiáng)點(diǎn)，就是使用在高密度和多I/O板上。因?yàn)檫@類(lèi)板需要很多的通接孔和層次多，細(xì)而長(zhǎng)的通接孔形狀不利于有電極電鍍工藝，采用ENIG工藝可以確保較好的壽命。OSP有機(jī)保護(hù)膜技術(shù)：OSP技術(shù)早期在日本十分受歡迎，在市場(chǎng)調(diào)查中，有約4成的單面板使用這種技術(shù)，而雙面板也有近3成使用它。在美國(guó)，OSP技術(shù)也在1997年起激增，從1997以前的約10%用量增加到1999年的35%。OSP并非新技術(shù)，它實(shí)際上已經(jīng)有超過(guò)35年，比SMT歷史還長(zhǎng)。OSP具備許多好處，例如平整面好，和焊盤(pán)的銅之間沒(méi)有IMC形成，允許焊接時(shí)焊料和銅直接焊接（潤(rùn)濕性好），低溫的加工工藝，成本低（可低于HASL），加工時(shí)的能源使用少等等。OSP有三大類(lèi)的材料：松香類(lèi)（Rosin），活性樹(shù)脂類(lèi)（ActiveResin）和唑類(lèi)（Azole）。目前使用最廣的是唑類(lèi)OSP。唑類(lèi)OSP已經(jīng)經(jīng)過(guò)了約5代的改善，這五代分別名為BTA,IA,BIA,SBA和最新的APA（注四）。早期的BTA類(lèi)對(duì)濕度敏感，庫(kù)存壽命很短（3個(gè)月），不能承受多次加熱,而且需要較強(qiáng)的焊劑,所以性能不是很好。一直到70年代有日本開(kāi)發(fā)的第三代BIA類(lèi)OSP后才有較顯著的改善。美國(guó)市場(chǎng)也在80年代開(kāi)始采用這類(lèi)OSP,同時(shí)被正在發(fā)展的SMT所接受。不過(guò)BIA的耐熱性仍然是個(gè)弱點(diǎn)。目前仍然有供應(yīng)商提供BIA類(lèi)的OSP，但逐漸在為新一代的SBA所取代。SBA是1997年的研發(fā)成果，有美國(guó)IBM推出而后得到在OSP技術(shù)上享有盛名的日本‘四國(guó)化學(xué)'公司的改善。在保護(hù)性和耐熱性有顯著的加強(qiáng)。其耐熱性已經(jīng)可以承受3次的回流處理（但多次加熱后需要較強(qiáng)的焊劑）。SBA是目前OSP供應(yīng)的主流。成本低于傳統(tǒng)的HASL，所以在錫鉛時(shí)代已經(jīng)被大量的使用，尤其是單面板上。在雙面回流板以及混裝板工藝應(yīng)用上卻仍然有些顧慮。隨著無(wú)鉛技術(shù)的推進(jìn)，OSP技術(shù)，即使是較好的SBA技術(shù)，將不能很理想的支持無(wú)鉛的高溫環(huán)境和可能出現(xiàn)的多次焊接。在不斷研究中，業(yè)界有出現(xiàn)了更新更好的技術(shù)。這就是最新一代的ArylPhonylimidazole（APA）了。這類(lèi)OSP的分解溫度為355°C，能夠承受多次加熱。而且能夠和一般的免清洗焊接兼容，無(wú)需較強(qiáng)的助焊劑。它還有一個(gè)好處，就是不沾金。這允許使用在需要‘金手指'應(yīng)用的板上，加工時(shí)不需要覆蓋（Masking）工藝。這類(lèi)OSP的出現(xiàn)給業(yè)界帶來(lái)了好消息。OSP當(dāng)然也有它不足之處，例如實(shí)際配方種類(lèi)多，性能不一。也就是說(shuō)供應(yīng)商的認(rèn)證和選擇工作要做得夠做得好。OSP處理的表面容易受損，庫(kù)存和取放等必須給于小心管理；錫膏印刷工藝要掌握得好，因?yàn)橛∷⒉涣嫉陌宀荒苁褂肐PA等進(jìn)行清洗，會(huì)損害OSP層。透明和非金屬的OSP層厚度也不容易測(cè)量，透明性對(duì)涂層的覆蓋面程度也不容易看出，所以供應(yīng)商這些方面的質(zhì)量穩(wěn)定性較難評(píng)估；OSP技術(shù)在焊盤(pán)的Cu和焊料的Sn之間沒(méi)有其他材料的IMC隔離，在無(wú)鉛技術(shù)中，含Sn量高的焊點(diǎn)中的SnCu增長(zhǎng)很快，影響焊點(diǎn)的可靠性。PCB鍍層材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：綜合考慮以上介紹的各種常用技術(shù)的特性和市場(chǎng)狀況，我們也許可以看出以下的發(fā)展趨勢(shì)。OSP將會(huì)發(fā)展起來(lái)，而有可能在一般應(yīng)用領(lǐng)域上大量取代HASL技術(shù)。這是因?yàn)镺SP在其最弱的耐熱方面取得了很好的進(jìn)展，而成本已經(jīng)低于HASL,并沒(méi)有高溫加工帶來(lái)的缺點(diǎn)。另外一點(diǎn)，就是OSP是個(gè)被全球，包括歐美日所共同接受的技術(shù)；HASL在無(wú)鉛材料上的應(yīng)用是否能夠推廣，將取決于日本的研究結(jié)果以及推廣和影響力。不過(guò)其平整面和高溫工藝上的問(wèn)題可能會(huì)是障礙；在高質(zhì)量和需要綜合應(yīng)用（焊接、接點(diǎn)和鍵合應(yīng)用）的產(chǎn)品上，目前ENIG可能還是個(gè)主流。不過(guò)成本壓力以及ImAg的崛起可能在一定程度上會(huì)取代這門(mén)技術(shù)。相信在鍵合應(yīng)用上如果ImAg能夠獲得用戶(hù)的接受，其成本優(yōu)勢(shì)將給ENIG帶來(lái)壓力。而一部分對(duì)質(zhì)量要求高的，或許會(huì)轉(zhuǎn)向ENEG技術(shù)，而最終形成ImAg為主，ENEG為輔的局面。不過(guò)這在很大的程度上還得看用戶(hù)對(duì)這些技術(shù)的了解和要求；純Sn鍍層，在目前業(yè)界認(rèn)為對(duì)Whisker還未完全掌握的擔(dān)心下，會(huì)受到一定的使用阻力。不過(guò)新技術(shù)的出現(xiàn)可能會(huì)在一部分質(zhì)量要求較松的市場(chǎng)上獲得一些發(fā)展機(jī)會(huì)。關(guān)鍵也在于供應(yīng)商的推動(dòng)和客戶(hù)的心態(tài)。估計(jì)短期內(nèi)這方面的變化不大，只是保留純Sn鍍層的原有用戶(hù)群。PCB焊盤(pán)鍍層技術(shù)的選擇：選擇鍍層技術(shù)，記得必須是按整個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮。而整個(gè)系統(tǒng)包括了其他的材料（焊料合金、器件鍍層），尤其是焊料的考慮；由于常用鍍層技術(shù)的供應(yīng)商較多，所以一般可以先決定您的焊料種類(lèi)，再而考慮PCB鍍層。選擇過(guò)程中的一個(gè)重點(diǎn)，就是評(píng)估您的供應(yīng)商的實(shí)際技術(shù)和質(zhì)量控制的能力。供應(yīng)商必須能夠很清楚的向您解釋他們所選擇技術(shù)的特性和強(qiáng)弱點(diǎn)，以及如何進(jìn)行質(zhì)量控制以確保批次和批次間的質(zhì)量穩(wěn)定性等等。單從技術(shù)名稱(chēng)上（如ENIG技術(shù)）進(jìn)行選擇的做法，在無(wú)鉛時(shí)代是不足的。所以選擇時(shí)您必須考慮三個(gè)重點(diǎn)：材料（例如Ag,Au,Ni等等）、鍍層工藝技術(shù)（例如浸鍍、電鍍或無(wú)電