PCB表面成型的介绍和比较

　　具有成本效益的表面成型的措施
　　根据ENIG和ENEPIG的优缺点，当首先考虑可靠性时，选择ENEPIG作为更好的解决方案是很自然的。但是，其较高的成本阻止了一些公司牺牲一些收入。但是，由于我们已采取措施消除应用ENIG的黑色焊盘问题，因此您完全可以获得质量与成本之间的最佳平衡。
　　黑色衬垫随ENIG的出现而诞生。在将金浸入ENIG中的过程中，由于不良操作下的镍腐蚀，容易造成黑色焊盘。过度的镍腐蚀将大大降低润湿性，并降低焊接性能，当焊料与腐蚀的镍表面粘接时，焊料必须承受更大的应力。最终，用于焊料和镍之间接触的接触层会破裂，并产生黑色的镍表面，称为黑色焊盘。
　　由于ENIG包含化学镀金层，因此很难总结是否存在黑垫。除非通过化学方法将金从表面上剥离下来，否则镍将不会被暴露。另外，在镍和金的接触处（焊接前）和焊料与镍的接触处（焊接后）将形成富含P的镍层。这实际上是自然现象，并且与黑垫无关。
　　导致黑垫的主要原因有两个方面。首先，技术实施受到这样的不良控制，使得晶体颗粒不均匀地生长，并且在具有低质量产生的镍膜的晶体颗粒之间发生许多裂纹。其次，实施金浸没需要很长时间，以致在镍表面上容易产生腐蚀并产生裂纹。
　　在影响化学镀镍的所有元素中，阻焊层脱颖而出的原因如下：
　　原因1：阻焊层的交叉键合和刚性不足，容易在铜表面留下污染物，从而阻止了活化反应的发生。在热的化学镍溶液中，会产生氢气释放出焊料掩膜单体。然后，它禁止化学镍的反应并破坏化学平衡。
　　原因2：阻焊层不良的表面会导致焊盘表面劣化。
　　原因3：填充在微通孔中的阻焊层倾向于经历电化学反应，从而将阻止形成均匀的催化表面。
　　为了成功解决黑垫问题，可以采取三种措施：
　　措施1：应控制化学镍溶液的pH值。
　　措施2：必须分析化学镍溶液的稳定剂含量。
　　措施3：浸金时应停止镍表面腐蚀。
　　到目前为止，沉金技术的改进已取得了良好的效果。新开发的浸金技术不仅可以减少镍表面的腐蚀，而且还有助于降低成本。与上一代的浸金溶液（pH = 4.5-5.5）相比，新一代的浸金溶液的pH值范围为7.0至7.2，接近中性。中性液体在阻止氢离子腐蚀镍表面方面表现最佳。而且，新一代浸金技术可以在较低的金溶液中实施，这使初始原材料的成本降低了50％至80％，并且对底层的镍影响很小。
　　当谈到柔性PCB的表面成型时，如果将当前的ENIG直接施加到柔性电路板上，则随着基板弯曲，带有层的镍膜会产生裂纹，这将进一步导致底层铜的裂纹。为了适应柔性板的表面成型要求，新开发的化学镀镍技术能够产生具有柱状结构的镍膜。当基板弯曲时，在表面只能形成微裂纹，并且裂纹不会散布到底层的铜中。
　　上面列出的所有分析和措施仅适用于ENIG，而ENEPIG则不需要它们作为ENIG的升级版。
　　实际上，上述措施是由PCB制造商积累并测试的，可以满足客户对高可靠性和低成本的需求。一旦选择了ENIG，即使由于我们以客户为导向的原则而存在“严重”缺陷，我们仍然有责任确保其质量。
　　ENIG和ENEPIG之间的应用比较
　　ENIG和ENEPIG应用领域因其独特的优势而有所不同。ENIG适用于无铅焊接，SMT（表面安装技术），BGA（球栅阵列）封装等。ENIG能够提供的行业和产品包括数据/电信，高端消费者，航空航天，军事和高性能设备和医疗行业。此外，由于其可靠性高，ENIG特别适用于柔性市场。
　　ENEPIG能够满足多种封装的更严格要求，包括THT（通孔技术），SMT，BGA，引线键合，压配合等。更好的是，ENEPIG还适用于具有不同封装技术的PCB.因此，ENEPIG的应用领域可服务于对密度和可靠性有更高要求的航空航天，军事和高性能设备以及医疗行业。
　　实际上，PCB板制造商的工作就是为客户提供最优质的产品。作为PCB制造过程中的重要一步，高质量的表面成型绝对决定了电路板的高质量。因此，PCB制造商必须确保表面成型能够满足其所服务的电路板和最终产品所要求的要求。
　　技术与制造过程
　　要了解ENIG和ENEPIG的技术和制造工艺可能有些沉闷，但是它可以让您确切地知道这两种表面成型会发生什么。
　　1）ENIG的技术与制造工艺
　　ENIG中涉及三层金属结构，包括铜，镍和金。该过程主要包括：铜活化，ENP（化学镀镍）和浸金。
　　•铜活化
　　铜活化是在ENP中进行选择性沉积的特权。需要置换反应，以便可以在充当催化表面的铜层上生成钯的薄层。在PCB制造过程中，PdSO4和PdCl2通常用作具有以下反应式的活化剂：
　　Cu+Pd2+→Cu2++Pd
　　•ENP
　　在ENIG技术中，镍层具有两个功能。作为阻挡层，它可以阻止铜和金的相互扩散。另一方面，它会与锡反应，生成优异的IMC（金属间化合物）Ni3Sn4，从而可以确保良好的组装可焊性。在催化表面的作用下，ENP通过与NaH2PO2作为还原剂的氧化还原反应导致镍层的沉积。一旦镍层完全被钯催化表面覆盖，单质镍就使镍沉积继续作为ENP的催化剂。
　　重要的是要指出的是，通过还原剂的水解所发射的原子状态的活性氢的NaH很重要2PO2，使镍2+还原成镍的单质情况H2PO2-磷的单质。因此，ENIG技术中的ENP层实际上是镍-磷合金层。该步骤的反应公式如下：
　　ħ2PO2-+ H2O→H ^++ HPO32-+ 2H
　　Ni2++ 2H→Ni↓+ 2H+
　　ħ2PO2-+ H→P↓+ OH-+ H2ö
　　ħ2PO2-+ H2O→H ^2↑+ H++ HPO32-
　　•沉金
　　在ENIG技术中，金层的优点是接触电阻低，氧化机会少，强度高和抗磨擦，能够满足电路导电性要求并保护铜层和镍层不被氧化，从而可以保证镍层的可焊性。浸金是指通过置换反应在镍层表面上生成金层，直到生成的金层完全被镍层覆盖后，置换反应才会停止。这就是为什么金层相对较薄。指示该步骤的反应公式如下：
　　2AU（CN）2+Ni→2AU +Ni2++ 4CN-
　　2）ENEPIG技术与制造流程
　　与ENIG不同，ENEPIG采用四层金属结构，包括铜，镍，钯和金。ENEPIG的工艺与ENIG的工艺相同，只是在ENP和浸金之间添加了化学镀钯。
　　钯层作为阻挡层添加到ENEPIG技术中，阻止了在金沉积和从镍层向金层扩散的过程中溶液引起的镍层腐蚀。同时，由于钯层的致密性以增加可焊性，因此可以将其用作抗氧化层和抗腐蚀层。类似于化学镀镍，化学镀钯通过与作为还原剂的NaH2PO2的氧化还原反应导致钯层的沉积。指示该步骤的反应公式如下：
　　ħ2PO2-+ H2O→H ^++ HPO32-+ 2H
　　钯2++ 2H→钯↓+ 2H+
　　ħ2PO2-+ H→第↓+ OH-+ H2ö
　　ħ2PO2-+ H2O→H ^2↑+ H++ HPO32-



原作者：booksoser 汽车电子工程知识体系