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摘要：现在PCB与生产过程相关的环境问题特别突出。现在，关于铅和溴的话题最受欢迎。无铅化和卤素化在很多方面会影响PCB的发展。目前，PCB的表面处理过程的变化不大，虽然还很远，但是应该注意长期缓慢的变化会带来很大的变化。在环境保护呼声日益高涨的情况下，PCB的表面处理过程将来一定会发生很大的变化。
一。引用
随着人类对居住环境的要求的提高，现在PCB生产过程中涉及的环境问题尤其突出。现在，关于铅和溴的话题最受欢迎。无铅化和卤素化在很多方面会影响PCB的发展。目前，PCB的表面处理过程的变化不大，虽然还很远，但是应该注意长期缓慢的变化会带来很大的变化。在环境保护呼声日益高涨的情况下，PCB的表面处理过程将来一定会发生很大的变化。
二。表面处理的目的
表面处理的最基本目的是保证良好的焊接性或电气性能。自然界中的铜倾向于在空气中以氧化物的形式存在，不能长期作为原铜维持，因此对铜需要其他处理。在后续的组装中，铜的大部分可以用强助焊剂除去氧化物，但是强助焊剂本身很难去除，所以在业界一般不采用强助焊剂。
3一般的五个表面处理过程
现在有很多PCB表面处理工艺，一般有热风整平、有机涂层、化学镀镍/浸金、银浸渍和浸锡5个过程，下面一一介绍。
1. 热风整平
热风整平将熔融锡铅焊料涂在PCB表面，用加热压缩空气使其平整的过程，既有利于铜氧化，也有形成焊接性优秀的涂层热风的焊料平坦化。热风整平焊接材料和铜形成在结合部铜锡金属间化合物。保护铜面的焊接材料厚度约为1~2mil。
PCB进行热风整平时，浸入熔化的焊料中。风刀在焊接材料凝固之前把液体的焊接材料吹平。气刀可以使铜面上焊接材料的弯月状最小化，从而阻止焊接材料的桥状。热风整平分为垂直式和水平式两种，认为水平式是优选的，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可以自动生产。热风整平过程的一般流程是微蚀rarr；预热rarr；涂层助焊剂rarr；喷锡rarr;洗净。
2.有机涂层
有机涂覆过程与在铜和空气之间用作挡板层的其他表面处理过程不同。有机涂层工艺简单，成本低，广泛应用于行业。初期的有机被覆分子是具有防锈作用的咪唑和苯并三唑，最新的分子主要是苯并咪唑，这是在化学结合氮功能团PCB上的铜。在之后的焊接过程中，铜面上只有一层有机涂层是不行的，需要很多层。因此，化学槽通常需要添加铜液。涂上第一层后，涂层吸附铜。其次，第二层有机被覆分子与铜结合，20个？在100次有机被覆分子聚集在铜面上之前，可以保证多次回流焊接。试验表明，最新的有机涂覆工艺可以在多次无铅焊接中保持良好的性能。
有机涂层工艺的一般流程是脱脂rarr；微蚀rarr;酸洗rarr；纯水洗涤rarr；有机涂层rarr；与其他表面处理过程相比，清洗和过程控制更容易。
3. 化学镀镍/浸金
化学镀镍/浸金工艺不像有机涂层那样简单，好像穿着化学镀镍/浸金厚的铠甲。并且化学镀镍/浸金工艺与有机涂层不同，作为防锈屏障层，在PCB长期使用中有用，能够实现良好的电气性质。因此，化学镀镍/浸金可以在铜面包裹厚电良好的镍金合金，可以长期保护PCB。此外，还具有对其他表面处理过程中不具备的环境的忍耐力。镀镍的原因是金和铜之间相互扩散，能够阻止镍层金和铜之间的扩散。如果没有镍层金将会，在几个小时内扩散到铜中。化学镀镍/浸金的另一个优点是镍的强度，可以限制Z方向在高温下仅5微米厚的镍的膨胀。化学镀镍/浸金还可以阻止铜的溶解，这对于无铅组装是有用的。
化学镀镍/浸金过程的一般流程为酸性洗涤rarr；微蚀rarr;预延迟；激活rarr；化学镀镍rarr;化学浸渍金主要有6个化学槽，由于涉及接近100种化学品，所以难以进行过程控制。
4.浸银
银浸过程在有机涂层和化学镀镍/浸金之间，过程相对简单，快速。不像化学镀镍/浸金那样复杂，虽然不能给PCB穿厚铠甲，但可以提供优秀的电性能。银是金的兄弟，即使在受热、潮湿、污染的环境下，银也能保持良好的焊接性，但失去光泽。由于浸银化学镀镍/浸金银层下面没有镍，所以不具备良好的物理强度。另外，浸银的储藏性很好，浸银后放置几年组装也没有大问题。
浸银是置换反应，几乎是亚微米级的纯银涂层。浸渍银的过程中，主要包括防止银的腐蚀、消除银的移动问题的有机物。该薄层有机物的测定一般很困难，分析显示有机体的重量小于1%。
5. 浸锡
现在所有的焊接材料都是基于锡的，所以锡层可以和任何类型的焊接材料一致。由此，浸锡过程是有希望的。但是，以往的PCB在浸锡工序后会出现铃须，焊接中如果铃须和铃移动的话，可靠性会有问题，因此浸锡工程的采用受到限制。然后，浸锡在溶液中添加有机添加剂，可以使锡层结构成为粒状结构，克服以往的问题，具有良好的热稳定性和焊接性。
浸锡过程可以形成平坦的铜锡金属间化合物，该特性使得浸锡具有与热风整平相同的良好焊接性，而没有引起头痛的平坦性问题。浸锡化学镀镍/浸金金属间的扩散问题铜锡金属间化合物也不能稳定地结合。浸锡板不能保存太长。组装必须按照浸锡的前后顺序进行。
6.其他表面处理流程
其他表面处理过程的应用很少，下面看比较多的电镀镍金和化学镀钯过程的应用。
电镀镍金是PCB表面处理工艺的始祖，在PCB出现后慢慢进化成其他方法。这是PCB在表面导体上先镀镍后金，镀镍主要防止金和铜的扩散。在当前的电镀镍金中，有镀软金（纯金、金表面看不清楚）和镀硬金（表面光滑坚硬，有耐磨耗性，包含钴等其他元素，金表面看起来明亮）两种。软件金主要用于芯片封装时打金线。硬金主要用于非焊接中的电互连。
考虑到成本，业界经常通过图像传输法进行选择性镀层，减少金的使用。目前，在选择性电镀金行业的使用持续增加，这主要是因为化学镀镍/浸金过程控制困难。
通常，焊接电镀金变得脆，使用寿命缩短，因此避免在电镀金上焊接。但是化学镀镍/浸金因为金很薄地一致，所以脆化现象很少。
化学镀钯的过程近似于化学镀镍过程。主要过程是通过次磷酸二氢钠等还原剂将钯离子在催化剂表面还原为钯，并且新生的钯可以是促进反应的催化剂，因此可以获得任意厚度钯镀层。化学镀钯的优点是良好的焊接可靠性、热稳定性、表面平坦性。
四。选择表面处理过程
表面处理过程的选择主要取决于最终组件的类型。表面处理过程影响PCB的生产、组装和最终使用，并具体说明一般五个表面处理过程的使用情况。
1. 热风整平
热风整平曾经在PCB表面处理工艺中处于主导地位。1980年代，有超过4分之3的PCB使用热风整平流程，过去10年间，业界热风整平流程的使用减少，现在推定有约25%-40%的PCB使用热风整平流程。热风整平制程因为比较脏、臭、危险，所以不是优选的过程，但是对于热风整平尺寸大的元件和间距大的导线来说，是优秀的过程。在密度高的PCB下，热风整平的平坦性影响后续的组装。因此HDI板一般不采用热风整平过程。随着技术的进步，业界现在出现了组装间距较小QFP和适合BGA的热风整平流程，但实际应用较少。目前，部分工厂采用有机涂层和化学镀镍/浸金工艺代替热风整平工艺。随着技术的发展，一些工厂浸锡采用了浸银工艺。加上近年来的无铅化倾向，热风整平的使用受到了进一步的限制。现在已经产生所谓的无铅热风整平，这可能与设备的兼容性问题有关。
2.有机涂层
现在约25%？30%的PCB估计使用了有机涂层工艺，这个比例上升了（有机涂层现在超过热风整平的可能性很高）。有机涂层过程可以用于低技术含量PCB，也可以用于单面电视PCB、高密度芯片封装板等高技术含量PCB。关于BGA，也多使用有机涂层。PCB有机涂层是在没有表面结合的功能要求或存储时段的限制的情况下最理想的表面处理过程。
3. 化学镀镍/浸金
化学镀镍/浸金该过程与有机涂层不同，主要用于具有连接功能要求、便携式电话的关键区域、路由器外壳的边缘连接区域、芯片处理器弹性连接的电接触区域等长时间保存的板。由于热风整平的平坦性问题和有机涂层助焊剂的去除问题，1990年代化学镀镍/浸金被广泛使用。之后，随着黑盘、脆镍磷合金的出现，化学镀镍/浸金工艺的应用减少了，但是现在大部分高科技PCB工厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物焊接点就会变脆，相对脆的镍锡金属间化合物会产生很多问题。因此，便携式电子产品（例如，便携式电话）几乎采用由有机涂层、银浸渍或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊接点，采用通过化学镀镍/浸金形成按钮区域、接触区域和EMI的屏蔽区域。现在约10%？估计有大约20%的PCB使用化学镀镍/浸金过程。
4.浸银
浸银比化学镀镍/浸金便宜，PCB有连接功能性的要求，需要降低成本的情况下，浸银是好的选择。随着浸银的良好平坦性和接触性的增加，应该选择浸银过程。在通信产品、汽车、电脑外设方面，银浸渍应用较多，在高速信号设计方面，银浸渍也被应用。由于浸渍银具有与其他表面处理相当的良好电特性，所以也可以用于高频信号。EMS推荐使用银浸过程是因为组装容易，检查性良好。但是，由于浸渍银有光泽丧失、焊点空腔等缺陷，所以生长缓慢（不会降低）。现在约10%？估计使用了15%的PCB银浸渍过程。
5. 浸锡
锡引入表面处理过程近十年，这个过程的出现是生产自动化要求的结果。浸锡焊接部没有带任何*要素，特别适合通信用背板。由于锡在板的储藏期间外失去了焊接性，所以需要比浸锡好的储藏条件。另外，在浸锡工序中，由于含有致癌物质而被限制使用。现在约5%？估计使用了约10%的PCB过程浸锡。
五。结束语
PCB表面处理工艺未来将走向何方，现在也无法准确预测。随着客户的要求越来越高，环境要求越来越严格，表面处理技术越来越多，到底发展前景如何，应该选择通用性更强的表面处理技术，目前看来有点眼花缭乱、模糊不清。不管怎样，要满足客人的要求，保护环境，首先必须要做。
