PCB电镀工艺及连接盘表面涂覆

写这篇文章的目的主要是介绍PCB（Board，印刷电路板）电镀工艺及要求。 PCB作为电子设备的关键部件，其制造过程中的电镀工艺对产品的质量和可靠性有着至关重要的影响。本文将详细介绍PCB电镀工艺的各个方面，包括孔金属化、镀铜、锡、金等贵金属电镀以及焊盘表面涂层。它还将讨论这些过程中的要求和注意事项。希望通过本文的介绍，能让读者对PCB电镀工艺的相关知识有更深入的了解，为制造更高品质、更可靠的电子设备提供一定的指导。

1、PCB电镀工艺

1.1 孔金属化

金属化，是在绝缘体表面通过化学沉积和电镀获得的金属层，用作保护层或提供电性能。双面和多层印制板中的层间互连是通过孔金属化实现的。

化学镀铜的过程是在板上钻孔之后进行的。它经过：去毛刺——去除钻垢——调整（除油）——微蚀——活化（预浸+活化）——加速（还原）——化学镀铜，使孔形成极薄的金属铜层沉积在墙上。然后采用电镀铜加厚孔壁铜层，完成孔的金属化，成为过孔。

从清洁生产和降低成本的角度考虑，采用直接电镀工艺，即非金属基材经过活化处理后直接电镀铜，实现金属化。

1.2 电镀铜

在印制板加工过程中，根据导体图形转移前后的不同，电镀铜分为板面电镀和图形电镀。面板电镀（Panel）是在板子整个表面电镀铜，包括孔洞和板面铜箔；图案电镀（）是对导电图案进行选择性电镀，将裸露的导体铜箔部分（负像）和孔内电镀铜。两种电镀铜工艺相同。

目前的铜电镀液主要是硫酸铜电镀液，可分为高酸低酸或高铜低酸，以及不同的添加剂成分。

1.3电镀锡、锡铅合金

图案电镀是先电镀铜，再电镀锡或锡铅合金，在导体图案蚀刻过程中作为耐腐蚀的金属保护层。镀锡或锡铅合金的镀液采用氟硼酸盐或磺酸盐体系。为了保护环境和职业健康，避免氟、铅污染，有使用硫酸亚锡酸性镀锡或烷基磺酸盐体系镀锡的趋势。

1.4 电镀镍/金等贵金属

如果印制板边缘有印制插头，为了提高插头的摩擦阻力，减少导体的接触电阻，保证插头与外部插座的可靠连接，插头面积印制板应电镀镍/金或铂、铑、钯贵金属。

在铜导体上电镀镍/金是指先镀镍层，然后镀金层。电镀金可分为硬金和软金。硬金是金层中含有微量钴或锑的合金，它增加了金层的硬度。印刷电路板的插头区域电镀硬金。软金是指纯金，适合在连接焊盘上布线或焊接。

镀镍常用氨基磺酸镍或硫酸镍镀液，是半光亮的低应力镍层。镀金常用氰化钾金和柠檬酸盐镀液，或在硬金层中添加微量的钴盐或锑盐。

2、连接焊盘表面涂层

印刷电路板上的连接焊盘的基底是金属铜，必须经过表面处理并涂上保护层。连接焊盘的表面精加工处理主要有热风锡铅整平、抗氧化涂层、化学镀镍/金、化学镀镍/金、化学沉银、化学沉锡等。

1）热风整平焊锡（HASL：Hot Air）

热风整平（HASL）是将印制板浸入熔化的焊料浴中，然后快速退出浴，同时热风吹掉板表面和孔洞上多余的焊料，从而在铜表面镀上一层锡- 铅（Lead）或锡铜、锡银（无铅）合金，防止铜表面氧化，从而为后续组装工艺提供良好的焊接基础。

HASL 使用立式或卧式设备。该工艺包括表面清洁、助焊剂涂覆、锡铅焊料熔化浸渍、热风吹平涂层和表面清洁。

2) 使用抗氧化剂 (OSP: )

氧化剂抑制剂（OSP）是一种耐热、可焊的有机涂层，主要在消费电子产品的印制板上发挥着重要作用。 OSP 工艺包括表面清洁、抗氧化剂浸涂和干燥。该工艺简单，易于控制。它可以应用于水平或垂直设备。

3) 化学镀镍/金（ENIG：金）

化学镀镍/金（ENIG）现在是HDI印制板和IC载板的主要表面涂层。 ENIG的工艺比较复杂，包括表面清洗、微蚀、化学镀镍前预浸、活化、化学镀镍，然后化学沉金。该设备目前为立式生产线。

4) 化学浸银(Im Ag: )

采用印制板浸银工艺作为表面涂层，替代HASL，实现无铅化。沉银工艺比ENIG工艺简单得多。其工艺流程为表面清洗、预浸、沉银。设备可以是立式或卧式的。银浸液中添加了有机化合物，可与银共沉积，从而防止银离子迁移并防止银氧化。

5）化学浸锡（Im Sn：锡）

印刷电路板上的化学沉锡就像化学沉银一样，成为表面涂层。化学沉锡的工艺过程与化学沉银类似。它还经过表面清洁、预浸和浸锡。

6) 化学镀镍、化学镀钯、沉金（：、、金）

IC封装载板或直接安装芯片的HDI板上的连接端子采用电镀镍/金或化学镀镍沉金（ENIG），但这并不理想。通过在镍层和金层之间插入稳定的金属层——钯，可以隔离镍的迁移并防止新化合物的生成。新的焊盘最终表面处理称为化学镀镍化学镀钯和沉金（ Gold），这种涂层被称为万能PCB表面涂层。其工艺与化学镀镍沉金类似，只是在原有镀镍金工艺的中间增加了化学镀钯，并且可以在原有的生产线上增加化学镀钯槽。

7）复合涂层

印制板表面涂层除一种选择外，还有两种涂层。例如，表面涂层要求是ENIG加OSP。其流程是在完成板子上的阻焊层后，首先对OSP盘进行保护，然后进行ENIG，然后去除OSP盘上的保护层，最后对整个板子进行OSP，这样板子上就有了两层涂层。类似地，可以有化学镀镍/浸金加浸锡的复合涂层。

印刷电路板的表面涂层有很多种，目前尚不清楚哪一种最好。综合考虑性能与成本的关系，可以根据不同的使用场合选择最佳的。您可以参考下表。

表6-5 印制板电镀及表面涂层类型

类型

电镀/涂层成分

影响

适用性

化学镀铜

铜

使绝缘基板（孔和板）导电

孔金属化、添加导体

电镀铜

铜

金属化孔壁和导体层加厚

板材电镀、图文电镀

电镀锡铅

锡铅合金

保护导体的抗蚀层

图形电镀

电镀锡

锡

保护导体的抗蚀层、可焊层

图形电镀、焊盘电镀

电镀镍

镍

耐磨、耐腐蚀层，基底为金

图形电镀、插头电镀

电镀金

金子

软金可焊接，硬金耐磨且电阻低。

图形电镀、插头电镀

铑、钯电镀

铑、钯

耐磨、可焊接

插头电镀、连接焊盘电镀

热风整平焊锡

锡合金

抗氧化、焊接性好

焊盘涂层

涂有抗氧化剂

有机物

抗氧化、可焊接、扁平

焊盘涂层

化学镀镍/金

镍/金

抗氧化性强、焊接性好、平整

陆地表面涂层

化学浸银

银

抗氧化、可焊接、扁平

陆地表面涂层

化学浸锡

化学镀镍/钯/金

锡

镍/钯/金

抗氧化、焊接性好、平整

抗氧化性强、焊接性好、平整

陆地表面涂层

高密度土地涂层

3、PCB电镀相关标准要求

IPC-6012 刚性印制板性能和资格规范

IPC-6013 柔性印制板性能和资格规范

IPC-A-600 印制板的可接受性

IPC-6012：3.2.6 金属电镀和涂层：

PTH、过孔、盲孔/埋孔及其表面镀铜厚度应符合表3-3、表3-4、表3-5的规定。

表3-3 多层板埋孔、盲孔、镀通孔表面及孔镀铜最低要求

1级

2级

3级

铜 2,4（平均）

20μm [787μin]

25μm [984μin]

最小厚度7

18μm [709μ英寸]

20μm [787μin]

最小包铜厚度7

供需双方协商确定

5μm（197微英寸）

12μm（472微英寸）

表3-4 微过孔（埋孔、盲孔）表面及孔内镀铜最低要求

1级

2级

3级

铜 2,4（平均）

12μm [472μ英寸]

最小厚度7

10μm [394μin]

最小包铜厚度7

供需双方协商确定

5μm（197微英寸）

6μm（236微英寸）

表3-5 抽芯（2层）埋孔表面及孔镀铜最低要求

1级

2级

3级

铜 2、3（平均）

13μm [512μin]

15μm [592μin]

最小厚度7

11μm [433μin]

13μm [512μin]

最小包铜厚度7

供需双方协商确定

5μm（197微英寸）

7μm（276微英寸）

IPC-4552 ENIG 规范 (2002)

镍的厚度为3-6μm，金的最小厚度为0.05μm。 2011年修订：金厚度允许最小为0.04μm以节省成本。通常控制在4σ标准偏差范围内：0.075μm~0.125μm。

IPC-4553A 沉银规范 (2009)

银厚度最小0.12μm。通常控制在4σ标准偏差范围内：0.2μm~0.3μm。 2005版标准中，有薄银：最小0.05μm，厚银：最小0.12μm，两种厚度规定，现在A版已取消。

IPC-4554 浸锡规范 (2007)

锡厚最小1.0μm。通常控制在4σ标准偏差范围内：1.15μm~1.30μm。考虑到存储过程中锡和铜之间会形成金属化合物（IMC），锡层需要比银层厚。 2011年修订中，增加了可焊性测试要求。

IPC-4556 规范 (2013)

镍的厚度为3-6μm，钯的厚度为0.05-0.15μm，金的最小厚度为0.025μm。

IPC-4555 OSP 规范

厚度没有要求，只要保证可焊性即可。

4、印制板工厂清洁生产

4.1印制板工厂清洁生产的重要性

印制电路板的制造技术是一项非常复杂的综合加工技术，包括干法工艺（设计布线、照相制版、层压、曝光、钻孔和形状加工）和湿法工艺（电镀、蚀刻、显影、除膜、内层）氧化、PTH 等）。湿法工艺常产生的“废水、废气、固体废物”（三废）对环境造成污染。

对于PCB工厂来说，这是关系到工厂能否生存的大问题。

清洁生产有两个目标：一是通过资源综合利用、替代稀缺资源、利用二次能源，节能、节水、节材，实现资源的合理利用，减缓资源的枯竭；在生产过程中，减少或消除污染物和废物的产生和排放，促进工业生产和产品消费过程与环境的相容性，减少产品在整个生产周期中对人类和环境的危害。

就电镀工艺而言，清洁生产就是尽可能采用无污染、低污染的电镀新工艺；强化污染物处理、回收利用等措施。确保电镀生产过程不会对周围环境造成污染和破坏。

4.2 实现清洁生产的基本途径

1）从源头实现清洁生产

从源头上实现清洁生产，即源头减量化。源头减量是指在产品开发设计阶段，通过预先制定的措施预防污染，使污染物在产生之前减少或消除。其本质是避免污染的发生。它比清理和控制污染更经济、更环保。

2) 废物排放量最小化

工业生产中物质的转化率不可能达到100%。生产过程中产品的转移、物料的运输以及误操作，总会造成生产物料的损失和浪费，对环境造成危害。对生产过程中的废弃物进行有效处理和回收利用是创造财富、减少环境污染的又一重要途径。

例如，工业用水需要多用途，按质量分离，纯化水回用，实现用水的闭路循环。

3）发展环保技术，做好末端管理

为了实现清洁生产，必须将必要的末端管理纳入整个生产过程控制。使其成为采取其他措施后防止污染的最后手段。

目前，工厂排放的废水要么排入污水处理站，要么直接排入河流等自然环境。直接排放必须符合国家排放标准，管理排放必须符合污水处理站规定。

4.4. 电镀行业实施清洁生产的途径

1）逆流清洗技术

电镀逆流清洗是一种节省清洗用水、实现闭路循环的理想方法。该技术不仅能有效防止电镀污染，还能回收水和化工原料。例如，电镀线中，有多次连续清洗，清洗浓缩水重复使用。

2）采用低毒无毒电镀工艺

在防止电镀工艺造成污染的措施中，采用低毒或无毒电镀工艺（或原材料清洁工艺）是一项非常重要的工作。它可以从源头上切断电镀过程中的严重污染，减轻或改变废物的毒性和对环境的污染程度。

例如用无氰电镀工艺代替氰化物电镀工艺、用镀锡代替镀锡铅、用氨基磺酸氟硼酸镀锡等。目前已有化学沉铜溶液不使用甲醛或EDTA减少污染。

4.5. 印制板生产厂的废水处理

1）PCB生产中的水污染

印制板生产厂主要以化学工艺为主，消耗大量水并产生废水。

表：PCB生产过程中产生的水污染

过程

污染源详情

照相制版

开发商和废物固定商中的含银溶液和有机物

湿法预处理

除油、微蚀、清洗酸、碱、铜盐等无机物、乳化剂等有机物

蚀刻

含有酸、碱、铜盐、氨、铅、锡等。

显影并去除胶片

含有大量抗蚀剂、碱、消泡剂等。

内层氧化

铜盐、次氯酸钠、碱、有机物等

弄脏

铜盐、高锰酸钾、有机还原剂等

孔电镀

酸、铜盐、甲醛、钯、有机添加剂等。

板和图形电镀

酸、铜、铅、锡盐、氟硼酸、有机添加剂等。

镍镀金

酸、镍金盐、氰化物、有机添加剂等

化学银、电镀银

酸、银盐、有机添加剂等

3）废水处理方法

废水处理的目的是将废水中的有害物质和有毒物质分离，单独处理或回收利用，或将有毒物质改质为无毒物质。

废水处理方法一般可分为物理处理方法、物化处理方法和生化处理方法。

物理处理方法主要去除或回收废水中较大的悬浮物和油类，包括自然沉降、气浮、过滤、离心、蒸发等。

物化法主要去除或回收废水中的细小悬浮物、胶体和溶解物，或将有毒物质改性转化为无毒物质，包括混凝沉淀、中和、氧化还原、萃取、吸附、离子交换、反应渗透、电渗析等。

生化处理法主要通过生物作用分解分离废水中的胶体和溶解性有机物。由于废水水质复杂，生化处理方法在实际应用中很少采用。

含重金属离子废水的处理本质上是直接从废水中分离或转化重金属离子。含重金属离子电镀废水的处理技术可分为两大类。

第一类：将废水中溶解的重金属离子转化为不溶性物质，通过沉淀、悬浮、过滤或其他方式从废水中分离出来。具体方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、浮选分离法、电解浮选法等。

第二类：浓缩和分离废水中的重金属而不改变其化学形态。具体方法有离子交换法、吸附法、反渗透法、电渗析法、电化学法等。

对于废水中的有毒污染物（如氰化物），通常采用氧化或还原技术将其分解为无毒无害的物质，或采用吸附介质将其回收。具体方法有化学氧化还原法、电化学氧化法、催化氧化法、离子交换法等。

由于废水成分复杂，一种废水往往同时含有多种有毒有害物质，各种处理方法各有特点和适用条件。因此，采用单一的治疗方法往往达不到预期的目的。因此，在实际处理中，常用几种方法进行优化组合成最佳处理工艺，以达到最佳的技术经济效果。

结论：

以上是PCB电镀工艺及其连接焊盘表面镀层的介绍。通过了解这些知识，我们可以更好地了解电子设备制造过程中微小但至关重要的方面。这些涂层和电镀层的存在，不仅可以保护电路板本身，提高其可靠性，而且可以增强电子设备的性能，延长其使用寿命。希望这篇文章能够帮助您了解PCB电镀工艺。如果您有任何其他问题或需要进一步帮助，请随时询问。