前几天帮一个朋友看他第一块四层板的下单截图,他问我表面处理选哪个,OSP 不加钱,沉金加十几块,是不是加钱的就是好的。
这问题我当年也懵过。板厂把表面处理做成付费选项,看起来像手机贴膜选高清还是磨砂,但它真正决定的是这块板子好不好焊、能放多久、BGA 能不能过。趁这个由头把常见的几种工艺捋一遍,以后下单不用再掷硬币。
一、先搞清楚这层东西在防什么
PCB 的焊盘本体是铜。铜很活泼,裸露在空气里几小时就开始变色,放上一两个月,表面一层氧化铜加碱式碳酸铜,发黑发绿,烙铁怎么戳都不挂锡。
所以绿油盖不住的焊盘区域,出厂前必须再罩一层东西,把铜和空气隔开,等焊接的时候这层东西自己退场。有的工艺镀金属,有的工艺涂有机膜,思路不一样,就分化出了下面这几家。
二、OSP,看起来像没做处理
OSP 全称有机保焊膜,原理是让唑类有机物和铜面发生络合,长出一层 0.2~0.5 微米的透明膜。
板子拿到手,焊盘就是铜的颜色。我第一次用 OSP 的时候还以为厂里漏了工序,对着光看了半天。
这层膜的寿命逻辑要理解一下。它的设计目标就是护送板子进一次回流焊,助焊剂和高温会把膜分解掉,露出新鲜铜面完成焊接。所以 OSP 只扛得住一两遍回流,第二遍勉强,第三遍基本裸奔。双面贴片加一次返修,就到极限了。
存储也一样金贵。真空袋不开封能放三到六个月,一旦拆封,最好 24 到 48 小时内贴完。搁在工位上吃灰两周再想焊,助焊剂都救不回来。
优点很直接。最便宜,嘉立创现在免费档全是它。膜只有零点几微米,平整度天然就好,细间距没压力。膜是透明的,目检验不了好坏,这点算优点也算缺点,坏处是你看不出它还活着没有。
手工焊的人对 OSP 感受两极。我的体验是第一枪不太挂锡,润湿偏慢,多补点助焊剂就正常了。习惯喷锡的人换过来会觉得膈应。
三、喷锡,烙铁党的白月光
喷锡学名 HASL,热风整平。把板子按进熔融的锡炉里浸一下,再用热风把多余的锡吹平,焊盘上留下一层真锡。
有铅工艺是 Sn63/Pb37,熔点 183 度。无铅的用 SAC 之类锡银铜合金,熔点 217 度上下,表面更哑更粗糙一点。
喷锡的可焊性是天花板,表面本来就是锡,和焊料同源,烙铁一碰就上。存储期能到一年上下,耐回流两三次,返工友好,划伤了也不心疼。早些年这是绝对主流。
缺点也明显。热风吹不平的地方会留锡峰和锡坑,表面有肉眼可见的起伏,反光看像波浪。0.5mm 间距以下的 BGA、QFN 在这种表面上会出事,两边焊盘锡量不一样,回流时器件直接被垫歪。厚度也不均匀,薄的区域一两微米,厚的地方几十微米。另外整板过高温锡炉,板材受热冲击,大板薄板容易翘。
还有一条,有铅喷锡不满足 RoHS,要出口的别选。
一个反直觉的事,嘉立创这两年把免费打样和常规订单里的喷锡基本下架了,全面换 OSP,官方给的理由是喷锡的上锡不良投诉率远高于 OSP。我一开始也不理解,喷锡怎么会不好上锡。后来想通了,无铅喷锡的锡面氧化和锡渣问题在贴片厂的量产线上翻车更多,手工焊好用和机器好用是两码事。烙铁党的真爱,和 SMT 产线的优选,确实可以不是同一种表面。
四、沉金,贵有贵的道理
沉金学名 ENIG,化学镍金,两层结构。先化学镀 3~6 微米镍打底,再浸一层 0.05~0.1 微米的薄金盖面。
金在里面的角色是保镖,镍才是本体。金负责在存储期间挡住氧气,真到焊接的时候金会溶进焊料,实际形成焊点的是下面的镍。
沉金板金黄金黄的,平整度极好,是细间距器件的标配。存储期能到十二个月,回流三遍以上没压力,双面贴加返修的流程随便走。嘉立创打样加价档就是它,一块 10x10 的板多花十几块,买个省心。
坑也有一个,黑盘。
浸金是置换反应,金离子把镍原子咬出来换上自己。药水控制不好的时候,镍面被过度腐蚀,形成一层富磷的黑镍。这种焊盘外观完全正常,金光闪闪,一焊就露馅,焊点发脆,一掰就掉,断口发黑。判据之一是断口磷含量超过 15%。中招概率不算高,但它是批次性的,一坏坏一炉,没法返修,只能整批报废。军工医疗这类不能赌的场合,会加钱上 ENEPIG 来根治,后面说。
还有个高频的账要算。镍的电阻率是铜的四倍多,还带铁磁性。趋肤深度在 1GHz 大概 2 微米,10GHz 只剩 0.66 微米,而金层才 0.1 微米不到,根本挡不住,射频路径上焊盘的电流会大量走进镍层,凭空多出零点几 dB 损耗。所以毫米波板子、射频测试夹具反而避开沉金,用 OSP 或者沉银。花最多的钱,办砸最要紧的事,这种事在射频领域经常发生。
五、总表
| 项目 | OSP | 喷锡 HASL | 沉金 ENIG |
|---|---|---|---|
| 成本 | 最低 | 低 | 高 |
| 平整度 | 好 | 差,有锡峰 | 极好 |
| 可焊性 | 一般,润湿慢 | 最好 | 好 |
| 存储期 | 3~6 个月 | 6~12 个月 | 约 12 个月 |
| 耐回流 | 1~2 次 | 2~3 次 | 3 次以上 |
| 细间距 BGA/QFN | 可以 | 不行 | 首选 |
| 高频损耗 | 低 | 一般 | 焊盘处偏高 |
| 主要风险 | 膜失效不可见 | 不平整、热冲击 | 黑盘 |
六、下单页上少见但会碰到的
沉银。 浸一层 0.1~0.4 微米纯银,银的电导率比铜还高,实测做完沉银的线路损耗只比基准多百分之一二,是各家工艺里最好看的。成本卡在 OSP 和沉金中间。坑是硫,空气里的硫化物让银面慢慢发黄发黑,虽然多数情况不影响焊接,但接触电阻会变,忌讳久存。高速数字板和射频板用它很多。
沉锡。 浸约 1 微米纯锡。平整,便宜,和焊料同源,润湿极好,背板上那种压接连接器点名要它。两个坑,一是锡须,纯锡镀层天生爱长晶须,时间一长在细间距焊盘之间搭桥短路,高可靠性产品对它很忌讳。二是锡和铜会持续互扩散生成金属间化合物,纯锡层自己慢慢消耗掉,所以存储期也短,半年内用掉最好。高频损耗比沉银差不少,锡的电阻率是铜的六倍多。
ENEPIG,沉镍钯金。 在镍和金中间多插一层 0.1~0.2 微米的钯,把浸金液和镍隔开,黑盘从机理上就绝了。金层还能伺候金线绑定,COB 工艺、军工医疗的地盘。缺点就一个,贵,家用打板基本见不到。
电镀硬金。 电镀的镍金层,金里掺钴增硬,厚度三微米往上,专门伺候插拔磨损。内存条显卡的金手指就是它。只镀需要的区域,其余焊盘照常用沉金或 OSP,整板镀硬金属于烧钱行为。自己的板子上有按键触点、金手指、边缘连接器,记得在下单备注里提。
七、那我到底选哪个
按场景抄作业。
| 你的情况 | 建议工艺 |
|---|---|
| 有 BGA、0.4mm 间距 QFN | 沉金 |
| 板子要放半年以上再焊 | 沉金 |
| 双面贴片加返修,超过两次回流 | 沉金 |
| 量产消费电子,单次贴片,成本卡死 | OSP |
| 打样验证,没细间距器件 | OSP,白嫖 |
| 手工焊为主,常返修 | 喷锡,去还有这选项的厂 |
| 高速射频,PCIe、DDR5、毫米波 | 沉银或 OSP,躲镍 |
| 金手指、按键、插拔区 | 镀硬金,其余焊盘沉金 |
| COB 绑定、高可靠 | ENEPIG |
| 背板压接连接器 | 沉锡 |
我自己的默认是,两层四层打样没 BGA 就 OSP 白嫖,有 BGA 或者板子要供产线用就沉金,加的十几块比返修一颗 BGA 便宜太多。手工焊的板子找还留着喷锡的小厂。
下单页那一栏,从今天起可以闭着眼点了。
参考来源 · 嘉立创官方公告(免费打样 OSP 替换喷锡) · 立创商城沉金与镀金科普 · 捷配表面处理信号完整性对比 · NCAB 表面处理工艺详解 · 21ic ENIG 黑盘失效分析
