如何選擇PCB電路板電鍍材料和厚度

第第頁(yè)如何選擇PCB電路板電鍍材料和厚度電路板通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的（PCB）制造過(guò)程后，PCB中的裸銅即可進(jìn)行表面處理。PCB電鍍用于保護(hù)PCB中任何會(huì)通過(guò)阻焊層暴露的銅，無(wú)論是焊盤(pán)、過(guò)孔還是其他導(dǎo)電元件。設(shè)計(jì)人員通常會(huì)默認(rèn)使用錫鉛（SnPb）電鍍，但其他電鍍選項(xiàng)可能更適合您的電路板應(yīng)用。

在本文中，我將介紹不同的PCB電鍍材料選項(xiàng)及其在PCB中的優(yōu)勢(shì)。有多種選項(xiàng)可供選擇，并且根據(jù)您的可靠性或應(yīng)用需求，您可能需要檢查制造商是否可以在您的設(shè)計(jì)中應(yīng)用您需要的電鍍。我們將研究這些選項(xiàng)，并簡(jiǎn)要討論電鍍?nèi)绾斡绊憮p耗。

PCB電鍍類型

PCB電鍍材料有多種。我在以下各節(jié)中匯總了設(shè)計(jì)人員應(yīng)該知道和理解的流行材料。我從未見(jiàn)過(guò)不提供所有這些選項(xiàng)的制造商。如果您的目標(biāo)制造商未明確聲明他們提供以下列表中的選項(xiàng)之一，您可以隨時(shí)向他們發(fā)送（電子）郵件以獲取他們的能力列表，包括他們的PCB電鍍材料選項(xiàng)。

錫鉛（SnPb）和浸鍍錫

這種PCB表面處理可能是最便宜的選擇，但由于在電鍍處理中使用鉛，它不符合RoHS。浸鍍錫是一種無(wú)鉛替代品，可用于入門(mén)級(jí)電路板。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)超平表面不利于多次裝配過(guò)程或返工便宜隨時(shí)間的推移形成錫須與標(biāo)準(zhǔn)焊料兼容可能因處理而受損

錫擴(kuò)散到銅中可能會(huì)減少保質(zhì)期，具體取決于金屬間化合物的含量

在電鍍過(guò)程中可能會(huì)損壞阻焊層熱風(fēng)焊料整平（HASL）和無(wú)鉛HASL

HASL曾是一種非常受歡迎的表面處理選擇，但它不如其他電鍍材料可靠。它價(jià)格低廉，而且有無(wú)鉛選項(xiàng)，因此可以作為入門(mén)級(jí)的電鍍選項(xiàng)。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)便宜不均勻的表面使其對(duì)小型SMD器件的用處不大可以修復(fù)可能因熱沖擊而損壞

由于潤(rùn)濕性差，可能難以焊接

化學(xué)鍍鎳浸金（ENIG）

考慮到SnPb和浸鍍錫的缺點(diǎn)，ENIG現(xiàn)在可以說(shuō)是業(yè)內(nèi)最受歡迎的表面處理方法。在這種電鍍材料中，鎳充當(dāng)銅和將要焊接元件的薄金表面層之間的阻擋層。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)超平表面不利于多次裝配過(guò)程或返工可輕松電鍍PTH孔可能很貴廣泛可用可能會(huì)在金和鎳層之間經(jīng)歷磷滲透，稱為黑焊盤(pán)綜合征易于焊接粗糙的（接口）會(huì)在高頻下造成（信號(hào)）損耗適用于細(xì)間距元件

抗（機(jī)械）損壞高度可靠

可導(dǎo)線鍵合（鋁）

有機(jī)可焊性防腐劑（OSP）

這種有機(jī)水基表面處理有選擇地與銅結(jié)合，以提供高度平坦的表面處理。作為一種有機(jī)材料，它對(duì)處理和污染物很敏感，盡管應(yīng)用過(guò)程比其他PCB電鍍材料更簡(jiǎn)單。它在高頻下也具有非常低的損耗。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)超平表面容易損壞應(yīng)用后可修復(fù)保質(zhì)期短簡(jiǎn)單的應(yīng)用過(guò)程

高頻互連損耗極低

可導(dǎo)線鍵合（鋁）

浸鍍銀

這是我用于高頻應(yīng)用的首選PCB電鍍材料。它與裸銅形成光滑的接口，因此不會(huì)像其他PCB表面處理那樣增加導(dǎo)體損耗。主要缺點(diǎn)是在裸板上失去光澤，因此應(yīng)在制造后盡快焊接和封裝。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)易于鋁材焊接和導(dǎo)線鍵合隨時(shí)間的推移出現(xiàn)銀須現(xiàn)象超平表面暴露的（未焊接）導(dǎo)體會(huì)隨著時(shí)間的推移而失去光澤，盡管添加的OSP有助于防止這種情況適用于細(xì)間距可能難以電鍍成小直徑的過(guò)孔更適合用于高可靠性系統(tǒng)中的高頻互連

可導(dǎo)線鍵合（鋁）

化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鈀浸金（ENEPIG）

這種電鍍材料具有銅-鎳-鈀-金層結(jié)構(gòu)，可直接通過(guò)導(dǎo)線鍵合到電鍍層上。最后一層黃金非常薄，就像ENIG一樣。金層很軟，就像ENIG一樣，因此過(guò)度的機(jī)械損壞或深層劃痕可能會(huì)暴露鈀層。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)易于焊接和導(dǎo)線鍵合貴超平表面鈀層會(huì)使材料更難潤(rùn)濕和焊接適用于細(xì)間距可能需要單獨(dú)的加工線商用PCB電鍍材料中腐蝕程度最低

可導(dǎo)線鍵合（鋁和金）

硬金

這種電鍍材料本質(zhì)上是ENIG，但具有非常厚的金外層，因此它是最昂貴的PCB電鍍材料之一。金層造成了一個(gè)可能會(huì)損壞的堅(jiān)硬表面，但它的厚度使得鎳層難以完全暴露。

優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)可導(dǎo)線鍵合（鋁和金）非常昂貴非常耐用的表面不適用于可焊接區(qū)域

需要額外的過(guò)程步驟以有選擇地應(yīng)用

可能經(jīng)歷脆裂在上述所有選項(xiàng)中，ENIG可以說(shuō)是成本耐用性和應(yīng)用范圍的最佳平衡。對(duì)于并不總是以快速邊緣速率運(yùn)行的大多數(shù)低頻（模擬）系統(tǒng)或數(shù)字系統(tǒng)（例如，SPI或（I2C）），ENIG通常是首選電鍍，包括需要達(dá)到IPC3類合規(guī)性的高可靠性系統(tǒng)。它也適用于密集BGA或QFN封裝上的焊盤(pán)。一旦我們看了上面所示的替代電鍍材料，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其他一些更理想的應(yīng)用：浸鍍銀或OSP最適合（RF）系統(tǒng)，而浸鍍錫可能適合只需要無(wú)鉛合規(guī)的一次性（1類）（產(chǎn)品）。在非常高速的數(shù)字和RF等更專業(yè)的應(yīng)用中，厚度非常重要，我將在下面詳細(xì)說(shuō)明。

如何指定PCB電鍍材料和厚度

典型的PCB電鍍厚度值約為100微英寸。對(duì)于浸鍍銀和OSP，典型厚度可低至約10微英寸。指定PCB電鍍的類型和厚度很容易：將其包含在制造解釋中（參見(jiàn)下方示例）。如果您正在生產(chǎn)原型并且制造商有標(biāo)準(zhǔn)報(bào)價(jià)單，您將有機(jī)會(huì)在他們的表格中指定電鍍類型。在這些表格中，他們可能不會(huì)要求您提供厚度，因此如果您需要特定的厚度，請(qǐng)務(wù)必指定。指定所需的電鍍值后，您的制造商就需要確保電鍍能夠可靠地沉積到所需的厚度。

指定PCB電鍍的制造解釋示例。這里沒(méi)有具體說(shuō)明鍍層的厚度，而是與成品銅重量混為一談。閱讀本篇博客，找到鏈接以（下載）完整的制造解釋。

為什么電鍍材料的厚度很重要？這有兩個(gè)原因。首先，IPC-2221A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了每個(gè)IPC產(chǎn)品類別的最小電鍍厚度（請(qǐng)參閱表4.3）。如果您希望產(chǎn)品符合任何標(biāo)準(zhǔn)IPC產(chǎn)品類別，那么您需要確保電鍍厚度符合其規(guī)格。正常來(lái)說(shuō)，如果您像通常在制造解釋中所做的那樣指定產(chǎn)品類別，則將隱含最小電鍍厚度。只要確保您不自相矛盾即可，否則制造商會(huì)通過(guò)電子郵件向您詢問(wèn)電鍍解釋。

擔(dān)心PCB鍍層厚度的另一個(gè)原因是其對(duì)損耗的影響。在低頻下，您可能不會(huì)注意到對(duì)頻率的任何影響，因此低速（數(shù)字信號(hào)）和（sub）-GHz無(wú)線電無(wú)需過(guò)多擔(dān)心PCB電鍍厚度。我已完成在5.8GHzWiFi下運(yùn)行、帶有ENIG（并非高頻的最佳選擇）的定制印刷發(fā)射器，它淹沒(méi)了我們測(cè)試設(shè)置中的（接收器），因此如果您的（電路設(shè)計(jì)）正確，您甚至可以在這些頻率下避開(kāi)大多數(shù)電鍍。

損耗問(wèn)題出現(xiàn)在毫米波頻率上，例如短程雷達(dá)（24GHz）及更高頻率。在這些頻率下，銅的粗糙度成為造成損耗的一個(gè)非常明顯的因素，尤其是在像Roge（rs）這樣的低損耗RF基板上。電鍍厚度將決定信號(hào)傳播時(shí)所經(jīng)歷的粗糙度，這將在集膚效應(yīng)電阻中體現(xiàn)出來(lái)。如需參閱示例結(jié)果，請(qǐng)?jiān)诒疚闹胁榭碕ohnCoonrod的結(jié)果，特別是顯示插入損耗的一組圖表?？梢钥闯?，大量的粗鍍會(huì)增加損耗。為方便起見(jiàn)，我在下方復(fù)制了一張微帶圖。

兩種厚度的裸銅和鍍ENIG銅的單位長(zhǎng)度插入損耗，鍍層較厚的ENIG會(huì)產(chǎn)生更多的損耗

確定設(shè)計(jì)中所需的PCB