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電路板通過標準的PCB制造過程后，PCB中的裸銅即可進行表面處理。PCB電鍍用于保護PCB中任何會通過阻焊層暴露的銅，無論是焊盤、過孔還是其他導電元件。設計人員通常會默認使用錫鉛（SnPb）電鍍，但其他電鍍選項可能更適合您的電路板應用。
在本文中，我將介紹不同的PCB電鍍材料選項及其在PCB中的優(yōu)勢。有多種選項可供選擇，并且根據您的可靠性或應用需求，您可能需要檢查制造商是否可以在您的設計中應用您需要的電鍍。我們將研究這些選項，并簡要討論電鍍如何影響損耗。
PCB電鍍類型
PCB電鍍材料有多種。我在以下各節(jié)中匯總了設計人員應該知道和理解的流行材料。我從未見過不提供所有這些選項的制造商。如果您的目標制造商未明確聲明他們提供以下列表中的選項之一，您可以隨時向他們發(fā)送電子郵件以獲取他們的能力列表，包括他們的PCB電鍍材料選項。
錫鉛（SnPb）和浸鍍錫
這種PCB表面處理可能是最便宜的選擇，但由于在電鍍處理中使用鉛，它不符合RoHS。浸鍍錫是一種無鉛替代品，可用于入門級電路板。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 超平表面 | 不利于多次裝配過程或返工 |
| 便宜 | 隨時間的推移形成錫須 |
| 與標準焊料兼容 | 可能因處理而受損 |
| ? | 錫擴散到銅中可能會減少保質期，具體取決于金屬間化合物的含量 |
| ? | 在電鍍過程中可能會損壞阻焊層 |
熱風焊料整平（HASL）和無鉛HASL
HASL曾是一種非常受歡迎的表面處理選擇，但它不如其他電鍍材料可靠。它價格低廉，而且有無鉛選項，因此可以作為入門級的電鍍選項。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 便宜 | 不均勻的表面使其對小型SMD器件的用處不大 |
| 可以修復 | 可能因熱沖擊而損壞 |
| ? | 由于潤濕性差，可能難以焊接 |
化學鍍鎳浸金（ENIG）
考慮到SnPb和浸鍍錫的缺點，ENIG現在可以說是業(yè)內最受歡迎的表面處理方法。在這種電鍍材料中，鎳充當銅和將要焊接元件的薄金表面層之間的阻擋層。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 超平表面 | 不利于多次裝配過程或返工 |
| 可輕松電鍍PTH孔 | 可能很貴 |
| 廣泛可用 | 可能會在金和鎳層之間經歷磷滲透，稱為黑焊盤綜合征 |
| 易于焊接 | 粗糙的接口會在高頻下造成信號損耗 |
| 適用于細間距元件 | ? |
| 抗機械損壞高度可靠 | ? |
| 可導線鍵合（鋁） | ? |
有機可焊性防腐劑（OSP）
這種有機水基表面處理有選擇地與銅結合，以提供高度平坦的表面處理。作為一種有機材料，它對處理和污染物很敏感，盡管應用過程比其他PCB電鍍材料更簡單。它在高頻下也具有非常低的損耗。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 超平表面 | 容易損壞 |
| 應用后可修復 | 保質期短 |
| 簡單的應用過程 | ? |
| 高頻互連損耗極低 | ? |
| 可導線鍵合（鋁） | ? |
浸鍍銀
這是我用于高頻應用的首選PCB電鍍材料。它與裸銅形成光滑的接口，因此不會像其他PCB表面處理那樣增加導體損耗。主要缺點是在裸板上失去光澤，因此應在制造后盡快焊接和封裝。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 易于鋁材焊接和導線鍵合 | 隨時間的推移出現銀須現象 |
| 超平表面 | 暴露的（未焊接）導體會隨著時間的推移而失去光澤，盡管添加的OSP有助于防止這種情況 |
| 適用于細間距 | 可能難以電鍍成小直徑的過孔 |
| 更適合用于高可靠性系統(tǒng)中的高頻互連 | ? |
| 可導線鍵合（鋁） | ? |
化學鍍鎳化學鍍鈀浸金（ENEPIG）
這種電鍍材料具有銅-鎳-鈀-金層結構，可直接通過導線鍵合到電鍍層上。最后一層黃金非常薄，就像ENIG一樣。金層很軟，就像ENIG一樣，因此過度的機械損壞或深層劃痕可能會暴露鈀層。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 易于焊接和導線鍵合 | 貴 |
| 超平表面 | 鈀層會使材料更難潤濕和焊接 |
| 適用于細間距 | 可能需要單獨的加工線 |
| 商用PCB電鍍材料中腐蝕程度最低 | ? |
| 可導線鍵合（鋁和金） | ? |
硬金
這種電鍍材料本質上是ENIG，但具有非常厚的金外層，因此它是最昂貴的PCB電鍍材料之一。金層造成了一個可能會損壞的堅硬表面，但它的厚度使得鎳層難以完全暴露。
| 優(yōu)勢 | 缺點 |
| 可導線鍵合（鋁和金） | 非常昂貴 |
| 非常耐用的表面 | 不適用于可焊接區(qū)域 |
| ? | 需要額外的過程步驟以有選擇地應用 |
| ? | 可能經歷脆裂 |
在上述所有選項中，ENIG可以說是成本耐用性和應用范圍的最佳平衡。對于并不總是以快速邊緣速率運行的大多數低頻模擬系統(tǒng)或數字系統(tǒng)（例如，SPI或I2C），ENIG通常是首選電鍍，包括需要達到IPC 3類合規(guī)性的高可靠性系統(tǒng)。它也適用于密集BGA或QFN封裝上的焊盤。一旦我們看了上面所示的替代電鍍材料，就會發(fā)現其他一些更理想的應用：浸鍍銀或OSP最適合RF系統(tǒng)，而浸鍍錫可能適合只需要無鉛合規(guī)的一次性（1類）產品。在非常高速的數字和RF等更專業(yè)的應用中，厚度非常重要，我將在下面詳細說明。
如何指定PCB電鍍材料和厚度
典型的PCB電鍍厚度值約為100微英寸。對于浸鍍銀和OSP，典型厚度可低至約10微英寸。指定PCB電鍍的類型和厚度很容易：將其包含在制造注釋中（參見下方示例）。如果您正在生產原型并且制造商有標準報價單，您將有機會在他們的表格中指定電鍍類型。在這些表格中，他們可能不會要求您提供厚度，因此如果您需要特定的厚度，請務必指定。指定所需的電鍍值后，您的制造商就需要確保電鍍能夠可靠地沉積到所需的厚度。
指定PCB電鍍的制造注釋示例。這里沒有具體說明鍍層的厚度，而是與成品銅重量混為一談。閱讀本篇博客，找到鏈接以下載完整的制造注釋。
為什么電鍍材料的厚度很重要？這有兩個原因。首先，IPC-2221A標準規(guī)定了每個IPC產品類別的最小電鍍厚度（請參閱表4.3）。如果您希望產品符合任何標準IPC產品類別，那么您需要確保電鍍厚度符合其規(guī)格。正常來說，如果您像通常在制造注釋中所做的那樣指定產品類別，則將隱含最小電鍍厚度。只要確保您不自相矛盾即可，否則制造商會通過電子郵件向您詢問電鍍注釋。
擔心PCB鍍層厚度的另一個原因是其對損耗的影響。在低頻下，您可能不會注意到對頻率的任何影響，因此低速數字信號和sub-GHz無線電無需過多擔心PCB電鍍厚度。我已完成在5.8GHz WiFi下運行、帶有ENIG（并非高頻的最佳選擇）的定制印刷發(fā)射器，它淹沒了我們測試設置中的接收器，因此如果您的電路設計正確，您甚至可以在這些頻率下避開大多數電鍍。
損耗問題出現在毫米波頻率上，例如短程雷達（24 GHz）及更高頻率。在這些頻率下，銅的粗糙度成為造成損耗的一個非常明顯的因素，尤其是在像 Rogers 這樣的低損耗RF基板上。電鍍厚度將決定信號傳播時所經歷的粗糙度，這將在集膚效應電阻中體現出來。如需參閱示例結果，請在本文中查看John Coonrod的結果，特別是顯示插入損耗的一組圖表?？梢钥闯?，大量的粗鍍會增加損耗。為方便起見，我在下方復制了一張微帶圖。
兩種厚度的裸銅和鍍ENIG銅的單位長度插入損耗，鍍層較厚的ENIG會產生更多的損耗
確定設計中所需的PCB電鍍并準備好指定制造要求后，您可以使用Altium Designer中易于使用的制造工具創(chuàng)建文檔。您的設計準備好進行全面的設計審查和制造后，您的團隊就可以通過Altium 365平臺實時共享和協(xié)作了。設計團隊可以使用Altium 365，通過安全的云平臺共享制造數據和制造要求。
審核編輯：湯梓紅
工商網監(jiān)
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