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PCB表面處理工藝選擇指南,工程師必看

  • 2025-04-28 10:58:00
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工程師們需要在滿足產(chǎn)品性能要求的同時,選擇合適的表面處理工藝來降低成本。

 

 一、常見表面處理工藝及其特點

   熱風整平(HASL)

     原理 :將 PCB 浸入熔融的錫(或鉛錫合金)中,然后用熱空氣刀將多余的錫吹平。

     成本優(yōu)勢 :HASL 工藝成熟,設(shè)備和材料成本相對較低。它能夠為 PCB 提供良好的可焊性,并且可以修復 PCB 表面的一些 minor 的缺陷。

     局限性 :HASL 工藝可能會導致 PCB 表面出現(xiàn) “橘皮” 現(xiàn)象,這會影響一些精細間距元器件的焊接。而且其平整度不如其他一些高端工藝。

 

   化學鎳金(ENIG)

     原理 :先在 PCB 表面化學沉積一層鎳,然后再沉積一層金。鎳層起到防氧化和防止金遷移的作用,金層提供良好的可焊性和接觸性能。

     成本因素 :ENIG 工藝復雜,涉及多種化學試劑和精密的控制過程。原材料成本較高,尤其是金的價格昂貴,這使得 ENIG 的整體成本較高。

     性能優(yōu)勢 :它具有 excellent 的表面平整度,能夠滿足精細間距元器件的焊接要求,并且具有良好的抗氧化性和耐磨性。

 

   沉金(Immersion Gold)

     原理 :將 PCB 浸入含有金離子的溶液中,通過化學反應使金沉積在 PCB 表面。

     成本分析 :沉金的設(shè)備和試劑成本相對較高,而且由于金的稀缺性,其成本也較高。不過,沉金的工藝相對簡單,不需要像 ENIG 那樣多的步驟。

     特點 :沉金能夠提供良好的可焊性和表面平整度,但其抗氧化性不如 ENIG。

 

   OSP(有機可焊性保護劑)

     原理 :在 PCB 表面涂覆一層有機保護劑,這種保護劑能夠在焊接過程中被熱分解,從而露出銅表面進行焊接。

     成本優(yōu)勢 :OSP 工藝相對簡單,設(shè)備和材料成本較低。它是一種環(huán)保型的表面處理工藝,符合 RoHS 指令。

     局限性 :OSP 的耐熱性和抗氧化性相對較差,存儲和使用過程中對環(huán)境要求較高,容易出現(xiàn)氧化問題,影響焊接質(zhì)量。

 黑油沉金1.jpg

 二、選擇表面處理工藝時考慮的因素

  1. 產(chǎn)品性能要求 :如果產(chǎn)品中有精細間距的 BGA(球柵陣列)或 CSP(芯片級封裝)等元器件,那么需要選擇表面平整度高的工藝,如 ENIG 或沉金。對于一般的消費電子產(chǎn)品,如果對可焊性和表面平整度要求不是特別高,HASL 或 OSP 可能是更經(jīng)濟的選擇。

  2. 可靠性要求 :在一些高可靠性的應用場景,如航空航天、軍工等領(lǐng)域,需要選擇具有 excellent 抗氧化性和耐磨性的表面處理工藝,如 ENIG。而在一般的商業(yè)電子產(chǎn)品中,可以根據(jù)成本和性能的平衡來選擇。

  3. 成本預算 :在成本控制嚴格的項目中,工程師需要仔細評估各種表面處理工藝的成本。例如,對于大規(guī)模生產(chǎn)的低成本消費電子產(chǎn)品,HASL 或 OSP 可能更合適;而對于高附加值的產(chǎn)品,如高端服務(wù)器、通信設(shè)備等,即使 ENIG 成本較高,也可以考慮使用以確保其可靠性和性能。

  4. 生產(chǎn)工藝兼容性 :要考慮所選表面處理工藝與 PCB 制造商的生產(chǎn)工藝是否兼容。有些制造商可能在某些工藝方面具有優(yōu)勢,而對其他工藝的生產(chǎn)經(jīng)驗不足。選擇與制造商生產(chǎn)工藝匹配的表面處理工藝,可以減少生產(chǎn)過程中的問題,降低生產(chǎn)成本。

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 三、案例分析

以一款手機 PCB 的生產(chǎn)為例,手機中的處理器芯片封裝為 BGA,其引腳間距較小,對 PCB 表面平整度要求高。同時,手機作為一種大規(guī)模生產(chǎn)的消費電子產(chǎn)品,也要求控制成本。工程師經(jīng)過評估,發(fā)現(xiàn) ENIG 雖然成本較高,但能夠滿足 BGA 焊接的平整度要求,并且具有良好的抗氧化性,能夠保證手機的使用壽命。而 HASL 可能無法滿足其表面平整度要求,OSP 在存儲和使用過程中可能存在氧化風險。最終,工程師選擇了 ENIG 工藝,雖然成本較高,但能夠保證產(chǎn)品的性能和可靠性,避免了因焊接質(zhì)量問題導致的售后維修成本增加。