无铅化PCB表面材料及工艺特点
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第３卷第５ ２ 期
史建卫： 无铅
旦 亘卡 才 茎 垦 壁蛊
３７ ０
度 一般 可达７ ｍ。浸镀不 需使用 电流 和还原 剂 ，化 Ｘ Ｉ
学 反应 严格 ，镀 层厚 度主 要受材 料影 响而 不受 工艺
质量 分数为０１ ．％～２５ ．％，最好 为０５ ～２０ ．％ ．％。低于 ０１ ．％，就容易发生锡须 而可能导致短路 ；高于２５ ． ％， 镀层熔点就会超过３０℃而难 以进行 良好焊接 。 ０
１ ２ＥＮＩ ． Ｇ
机镀 层Ｏ Ｐ 目前 主要集 中在 Ｈ Ｓ 、ＩＳ 、Ｉ Ａ 、 Ｓ。 Ａ Ｌ － ｎ － ｇ
Ｅ Ｉ 和Ｏ Ｐ ＮＧ Ｓ 五大镀层 。
１１ＨＡＳ ． Ｌ
Ｎ ／ｕ ｉ 镀层 主要 工艺方法包括化学镀和 电镀 ，即 Ａ 】
Ｅ Ｅ （ ｌ ｔ ｌ ｓ ｉ ｕ 和Ｅ Ｉ （ ｌ ｔ ｌ ｓ ｉ— ｕ Ｎ Ｇ Ｅｅ ｒ ｅ ／ ） Ｎ Ｇ Ｅｅ ｒｅ ／ Ａ ） ｃｏ ｓ Ｎ Ａ ｃｏ ｓＮ Ｉ
ＨＡＳ 即热 风 整平 ，俗 称 喷锡 ＿，表 面 形 貌 如 Ｌ ４ 】
两种 ，表３ 为其各 自工 艺特点 。Ｅ Ｅ ￣ 艺主要 用于 ＮＧ 印制插头 （ 金手 指 ）或 印制接触 点 ，而Ｅ Ｉ ￣ 艺应 ＮＧ
用领域较之更 广 。 Ａｕ 有 平整 耐磨 、接触 电阻小 、Ｉ Ｔ （ 线测 具 Ｃ 在
艺来代替Ｈ Ｓ ，表２ ＡＬ 为无铅钎料两种镀层工艺 比较 。
表２无铅钎料表面镀层工艺
制造工艺 ｌ 厚度ｄ ｉ ｌ ｌ ｍ ｘ
应用范围
Ｈ Ｓ ｌ ４ ６ ｌＭ 焊盘，热压焊盘，插头部位焊盘 ＡＬ ～１ Ｔ Ｓ 电镀 ｌ ８ ２ Ｉ ～１ 热压焊盘，插头部位焊盘
图３ 所示 。 ＨＡ Ｌ 艺分 为 垂 直 式 和 水 平 式 两 种 ， Ｓ工
水 平 式 相 比垂 直 式 平 整 度 高 、钎 料 分 布 均 匀 和 镀 层 厚 度 最 大 可 达 ３ ｉ ８ ｎ，一 般 大 于 ８ ｍ，最 佳 为 １ １ ～１ Ｉ，当小 于２ １时会 形成 ｃ ３ｎ ０ Ｔ ２ ｎ Ｉ Ｔ Ｉ ｕｓ 而影 响 可焊性 。Ｈ Ｓ 质量 与焊料温度 、风刀气 流温度 以及 ＡＬ
图２不 同温 度下化学镀表 面粒 度特征
１ 几种 常见无铅表面镀 层
焊 盘 保 护 镀 层 的种 类 很 多 ， 比如 纯 金 属 ｓ 、 ｎ Ａ 、Ｐ 以及 二 元合 金Ｓ Ａ 、Ｓ Ｂ 、Ｓ Ｃ ｇ ｄ ｎ ｇ ｎ ｉ ｎ ｕ，还 有 Ｎ ／ ｉ
Ｓ 、Ｎ／ｄ ｉ ｕ ｎ ｉ 、Ｎ／ 、Ｎ／ｎ ｄＡ 、Ｎ／ ｕＣ 以及有 Ｐ Ａ ｉ 、Ｐ ／ ｕ ｉ ／ ｕ Ｓ Ａ
形 ）、高 温加工 和对 员工 健康 风险 问题 、形成 的金 属间化 合物 （ＭＣ） Ｉ 影响可靠性 以及Ｐ Ｂ Ｃ 绿油问题 。
无铅Ｈ ｓ 工艺中所使用的Ｓ Ｃ 合金工艺参数见 ＡＬ ｎｕ 表１ 。研究 表明 ：如果 考虑到 电子部件之 间的焊接强 度 或２ ０ｏ ３ ０ ｏ ５ Ｃ一 ０ Ｃ的焊接温度 ，Ｓ Ｃ 合金镀层 中铜 ｎｕ
因素控 制 ，如浸ｓ 镀层厚 度 比浸Ａ 镀层 厚 ，但 是低 ｎ ｇ
温 时镀层 厚度也 很 薄 。这 些技 术和 镀层 材料 的配合
会产生不 同的工艺特点和寿命特性 。
一 一
（ ａ）针孔 （ 裂纹 ｂ） 图１电镀工艺 失控造成 的质量 问题
Ｓ ｂ ｎＰ ２０ ５ ２０ ８
图３ＨＡＳ 表面镀层形貌 Ｌ 表 １无铅镀层与有铅镀层工艺参数
成Ａ Ｓ ｕｓ 化 合物 ，导致 焊点 “ ｕ ｎ或Ａ ｎ 脆化 ”ｌ ６ ］ ，一般 金 含量控 制在脆 性等级 以下 ，即质量分数 小于２ ％，
最 大不 能超过 ３ ％。
Ｅ Ｉ ￣ 艺 表面 形貌 如 图４ 示 ，其 工艺 成熟 稳 ＮＧ ＿ ＇ 所 定 ，焊 盘镀 层表 面平 整且 较薄 ，适合 细 间距焊 接 ； 可焊性好 （ ｕ Ａ 不易氧 化 ），接触 电阻低 ，与 引线键
试 ）测 试好 、可 焊性 好及 耐氧 化等优 点 ，常用 于金 手 指及 引线键合 等 。由于Ａ 晶格 空隙率 大 ，ｃ 原子 ｕ ｕ 易扩散 ，中间需镀 一层Ｎ 做阻挡 层 。Ａ 易与钎 料形 ｉ ｕ
压力 、操 作 时间和 提升 速度 等都有 关 系 。选 择镀 层
焊料 时要 对其 润湿 性 （ 润湿平 衡法 ）和承载 铜 的能 力进行测试评估 ，另外对多次整平 中Ｐ Ｂ Ｃ 铜层厚度 的 减少 和选 用焊 膏 的润湿性 要进 行测 试 ，选 择 最佳 匹 配组合 。Ｈ Ｓ 由于成 本较低 和可焊性好 ， 日本投入 ＡＬ 研究 较多 ，主要镀 层材料 为 Ｓ Ｃ ｎ ｕ Ａ 和Ｓ Ｃ 两种 合金 。 欧美 没有 大量使 用 主要是 因 为其平 整度 问题 （ 圆顶
ＨＡ Ｌ Ｓ 主要不 足为 ：工艺控制 困难 ；表 面平 整度
差 ，镀 层缺 乏连续 均匀性 ；强活性 焊剂容 易产生离子 污染 ，导致 低的ＳＲ （ 面绝缘 电阻 ）；剧 烈的热 冲 Ｉ 表
击会导致尺寸稳定性 问题 ，不适合复杂设计 的Ｐ Ｂ Ｃ 表
面镀层 ；表面张力 大易造成 “ 背”现象 ；避免 过高 龟 温度形成 可焊性差 的ｃ ｎ ｕｓ 。生产 中有时可用 电镀工
合 工艺兼 容 ；高 温下 耐氧化 ，适 合大 功率 器件 散热
通 道 ，被 广 泛应用 于 手机按 键 和接插 件 中。焊 接时 钎 料与镍 层 形成 锡镍 化合 物 ，使 焊点 更可 靠 ，少量
合金 镀槽温度 刀温度 油温 空气 加热转 Ｐ Ｂ预 气 Ｃ
／Ｃ 。
Ｓ Ｃ１ ｎ １
／Ｃ 源自文库
２０ ５ ２８ ０
／Ｃ 化 器 ／Ｃ 热 ／Ｃ ０ ￣ ￣
２３ ０ ２５ ５ ２０ ５ ３０ ０ １Ｏ ５ ２０ ０
■■■
（ ８ ａ） ０ｏ Ｃ （ ｂ）８ ８℃ （ ９ Ｃ） ５℃
史建卫： 无铅
旦 亘卡 才 茎 垦 壁蛊
３７ ０
度 一般 可达７ ｍ。浸镀不 需使用 电流 和还原 剂 ，化 Ｘ Ｉ
学 反应 严格 ，镀 层厚 度主 要受材 料影 响而 不受 工艺
质量 分数为０１ ．％～２５ ．％，最好 为０５ ～２０ ．％ ．％。低于 ０１ ．％，就容易发生锡须 而可能导致短路 ；高于２５ ． ％， 镀层熔点就会超过３０℃而难 以进行 良好焊接 。 ０
１ ２ＥＮＩ ． Ｇ
机镀 层Ｏ Ｐ 目前 主要集 中在 Ｈ Ｓ 、ＩＳ 、Ｉ Ａ 、 Ｓ。 Ａ Ｌ － ｎ － ｇ
Ｅ Ｉ 和Ｏ Ｐ ＮＧ Ｓ 五大镀层 。
１１ＨＡＳ ． Ｌ
Ｎ ／ｕ ｉ 镀层 主要 工艺方法包括化学镀和 电镀 ，即 Ａ 】
Ｅ Ｅ （ ｌ ｔ ｌ ｓ ｉ ｕ 和Ｅ Ｉ （ ｌ ｔ ｌ ｓ ｉ— ｕ Ｎ Ｇ Ｅｅ ｒ ｅ ／ ） Ｎ Ｇ Ｅｅ ｒｅ ／ Ａ ） ｃｏ ｓ Ｎ Ａ ｃｏ ｓＮ Ｉ
ＨＡＳ 即热 风 整平 ，俗 称 喷锡 ＿，表 面 形 貌 如 Ｌ ４ 】
两种 ，表３ 为其各 自工 艺特点 。Ｅ Ｅ ￣ 艺主要 用于 ＮＧ 印制插头 （ 金手 指 ）或 印制接触 点 ，而Ｅ Ｉ ￣ 艺应 ＮＧ
用领域较之更 广 。 Ａｕ 有 平整 耐磨 、接触 电阻小 、Ｉ Ｔ （ 线测 具 Ｃ 在
艺来代替Ｈ Ｓ ，表２ ＡＬ 为无铅钎料两种镀层工艺 比较 。
表２无铅钎料表面镀层工艺
制造工艺 ｌ 厚度ｄ ｉ ｌ ｌ ｍ ｘ
应用范围
Ｈ Ｓ ｌ ４ ６ ｌＭ 焊盘，热压焊盘，插头部位焊盘 ＡＬ ～１ Ｔ Ｓ 电镀 ｌ ８ ２ Ｉ ～１ 热压焊盘，插头部位焊盘
图３ 所示 。 ＨＡ Ｌ 艺分 为 垂 直 式 和 水 平 式 两 种 ， Ｓ工
水 平 式 相 比垂 直 式 平 整 度 高 、钎 料 分 布 均 匀 和 镀 层 厚 度 最 大 可 达 ３ ｉ ８ ｎ，一 般 大 于 ８ ｍ，最 佳 为 １ １ ～１ Ｉ，当小 于２ １时会 形成 ｃ ３ｎ ０ Ｔ ２ ｎ Ｉ Ｔ Ｉ ｕｓ 而影 响 可焊性 。Ｈ Ｓ 质量 与焊料温度 、风刀气 流温度 以及 ＡＬ
图２不 同温 度下化学镀表 面粒 度特征
１ 几种 常见无铅表面镀 层
焊 盘 保 护 镀 层 的种 类 很 多 ， 比如 纯 金 属 ｓ 、 ｎ Ａ 、Ｐ 以及 二 元合 金Ｓ Ａ 、Ｓ Ｂ 、Ｓ Ｃ ｇ ｄ ｎ ｇ ｎ ｉ ｎ ｕ，还 有 Ｎ ／ ｉ
Ｓ 、Ｎ／ｄ ｉ ｕ ｎ ｉ 、Ｎ／ 、Ｎ／ｎ ｄＡ 、Ｎ／ ｕＣ 以及有 Ｐ Ａ ｉ 、Ｐ ／ ｕ ｉ ／ ｕ Ｓ Ａ
形 ）、高 温加工 和对 员工 健康 风险 问题 、形成 的金 属间化 合物 （ＭＣ） Ｉ 影响可靠性 以及Ｐ Ｂ Ｃ 绿油问题 。
无铅Ｈ ｓ 工艺中所使用的Ｓ Ｃ 合金工艺参数见 ＡＬ ｎｕ 表１ 。研究 表明 ：如果 考虑到 电子部件之 间的焊接强 度 或２ ０ｏ ３ ０ ｏ ５ Ｃ一 ０ Ｃ的焊接温度 ，Ｓ Ｃ 合金镀层 中铜 ｎｕ
因素控 制 ，如浸ｓ 镀层厚 度 比浸Ａ 镀层 厚 ，但 是低 ｎ ｇ
温 时镀层 厚度也 很 薄 。这 些技 术和 镀层 材料 的配合
会产生不 同的工艺特点和寿命特性 。
一 一
（ ａ）针孔 （ 裂纹 ｂ） 图１电镀工艺 失控造成 的质量 问题
Ｓ ｂ ｎＰ ２０ ５ ２０ ８
图３ＨＡＳ 表面镀层形貌 Ｌ 表 １无铅镀层与有铅镀层工艺参数
成Ａ Ｓ ｕｓ 化 合物 ，导致 焊点 “ ｕ ｎ或Ａ ｎ 脆化 ”ｌ ６ ］ ，一般 金 含量控 制在脆 性等级 以下 ，即质量分数 小于２ ％，
最 大不 能超过 ３ ％。
Ｅ Ｉ ￣ 艺 表面 形貌 如 图４ 示 ，其 工艺 成熟 稳 ＮＧ ＿ ＇ 所 定 ，焊 盘镀 层表 面平 整且 较薄 ，适合 细 间距焊 接 ； 可焊性好 （ ｕ Ａ 不易氧 化 ），接触 电阻低 ，与 引线键
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焊料 时要 对其 润湿 性 （ 润湿平 衡法 ）和承载 铜 的能 力进行测试评估 ，另外对多次整平 中Ｐ Ｂ Ｃ 铜层厚度 的 减少 和选 用焊 膏 的润湿性 要进 行测 试 ，选 择 最佳 匹 配组合 。Ｈ Ｓ 由于成 本较低 和可焊性好 ， 日本投入 ＡＬ 研究 较多 ，主要镀 层材料 为 Ｓ Ｃ ｎ ｕ Ａ 和Ｓ Ｃ 两种 合金 。 欧美 没有 大量使 用 主要是 因 为其平 整度 问题 （ 圆顶
ＨＡ Ｌ Ｓ 主要不 足为 ：工艺控制 困难 ；表 面平 整度
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击会导致尺寸稳定性 问题 ，不适合复杂设计 的Ｐ Ｂ Ｃ 表
面镀层 ；表面张力 大易造成 “ 背”现象 ；避免 过高 龟 温度形成 可焊性差 的ｃ ｎ ｕｓ 。生产 中有时可用 电镀工
合 工艺兼 容 ；高 温下 耐氧化 ，适 合大 功率 器件 散热
通 道 ，被 广 泛应用 于 手机按 键 和接插 件 中。焊 接时 钎 料与镍 层 形成 锡镍 化合 物 ，使 焊点 更可 靠 ，少量
合金 镀槽温度 刀温度 油温 空气 加热转 Ｐ Ｂ预 气 Ｃ
／Ｃ 。
Ｓ Ｃ１ ｎ １
／Ｃ 源自文库
２０ ５ ２８ ０
／Ｃ 化 器 ／Ｃ 热 ／Ｃ ０ ￣ ￣
２３ ０ ２５ ５ ２０ ５ ３０ ０ １Ｏ ５ ２０ ０
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（ ８ ａ） ０ｏ Ｃ （ ｂ）８ ８℃ （ ９ Ｃ） ５℃