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IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 51 无铅 HASL 可与 SMT 、 BGA 和通孔元器件兼容，但无 法进行金属线键合 。它也与大部分阻焊膜兼容。其保 存期限为 12 个月。通常可承受 4 至 5 个热循环而不影 响可焊性。无铅 HASL 应该只采用无铅焊料。 无铅 HASL 表面处理方式比锡铅 HASL 更为光滑和平 整 （见图 5-4 ） ；然而对于密节距元器件 ，镀层厚度不 均匀还是个问题 。无铅兼容…
IPC-7095D-WAM1 CN 2019 年 1 月
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表 5-1 各种印制板表面处理的关键属性
HASL
（锡铅 / 锡铜）
有机可焊性保
护层 （
OSP）
化学镀
镍 / 浸金
（ENIG）
电解镍 / 电镀
金 （
ENEG） 浸银
化学镀镍 /
化学镀钯 /
浸金（ENE-
PIG） 浸锡
适当操作保存期限 1 年 6-9 个月 1 年 1 年 6-9 个月 1 年 6 个月
操作 正常 避免物理接触 正常 正常
避免物理接
触
正常
避免物理接
触
SMT 连接盘表面图形 半球形 / 不平 平整 平整 平整 平整 平整 平整
多个再流循环
（2X）后的可焊性
良好 良好 良好 良好 良好 良好 良好
多个再流循环
（2X）后的孔填充
良好
两次再流后可
能有问题
良好 良好 良好 良好
两次再流后
可能有问题
厚印制板上使用
不可 / 孔填充
和清洗困难
可行
Ni 改善孔可
靠性
Ni 改善孔可
靠性
可行
Ni 改善孔可
靠性
是
薄印制板上使用
不可 / 易于翘
曲
可行
可行 可行 可行 可行 可行
焊点可靠性 良好 良好
BGA 黑焊盘
问题
金脆问题
平面微空洞
问题
钯脆问题 良好
慢性脆性断裂失效
卡边缘触点
额外的电镀操
作
额外的电镀操
作
额外的电镀
操作
无需额外的电
镀
额外的电镀
操作
额外的电镀
操作
额外的电镀
操作
金属线键合 不可 不可 不可 可行 不可 可行 否
测试点探测 良好
差，除非在组
装时施加焊料
良好 良好 良好 良好 良好
组装后暴露铜 否
是，沿着连接
盘边缘
否 否 否 否
否
开关 / 触点 不可 不可 可行 可行 可行 可行 不可行
印制板制造时的废
物处理和安全性
差 / 一般 良好 一般 一般 良好 一般 良好
工艺控制 厚度控制问题 良好 磷含量问题 金脆控制问题 良好 良好 厚度控制问题
电镀层厚度（
μ
m） 0.38 至 0.80 0.20 至 0.50 0.05 至 0.10 0.80 至 2.50 0.07 至 0.10 0.05 至 0.10 1.0 至 1.3
总成本比较 1.0 0.40 至 0.60 2.0 至 3.0 2.0 至 3.0 1.10 至 1.60 2.0 至 3.0 1.0 至 1.5
5.3.1 热风焊料整平（HASL）
5.3.1.1 锡铅热风焊料整平（HASL）
HASL 焊料厚度的变化范围大（0.8
μ
m 至 0.38
μ
m）。较薄的涂层厚度是
不可接受的，因为较薄的焊料涂层会完全转化为锡铜金属间化合物，造成可焊性极差的情况。锡铅 HASL 涂
层厚度变化范围大也会导致元器件共面性和焊膏印刷问题。不均匀的表面会给焊膏印刷带来较大的难度，因为
印刷时模板和印制板间很难密合，密合不良会导致焊料泄漏到模板底部，其后果会导致模板清洗频率升高和桥
连可能增加。
锡铅 HASL 与 SMT、BGA 和通孔元器件兼容，但不能进行金属线键合。它可与大部分阻焊膜兼容。锡铅 HASL
印制板的保存期限为 12 个月，通常可承受 4 到 5 个热循环而不影响可焊性，锡铅 HASL 应该只采用锡铅焊料。
5.3.1.2 无铅热风焊料整平（HASL）
最常用的无铅 HASL 是锡铜合金（熔点 227°C），或锡银铜合金（SAC）（ 熔
点 217°C）。 SAC 具有熔点温度较低的优点，锡铜合金成本则较低廉。一些无铅合金也会加入少量镍。所有高
锡合金都比较昂贵，因为原来的低成本材料（铅）被替换成了高成本材料（锡和银）。
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无铅 HASL 可与 SMT、BGA 和通孔元器件兼容，但无
法进行金属线键合。它也与大部分阻焊膜兼容。其保
存期限为 12 个月。通常可承受 4 至 5 个热循环而不影
响可焊性。无铅 HASL 应该只采用无铅焊料。
无铅 HASL 表面处理方式比锡铅 HASL 更为光滑和平
整（见图 5-4）；然而对于密节距元器件，镀层厚度不
均匀还是个问题。无铅兼容性层压板能承受没有明显
降级和不可接受翘曲（弓曲和扭曲）的涂层工艺。对
任何 HASL 工艺，极薄印制板都是个问题，可能需使
用夹具来解决。
5.3.2 有机可焊性保护（OSP）涂层
OSP 是一种抗氧化有机化合物涂层（如苯并咪唑化合物），用于覆盖外
露铜表面以防止氧化。OSP 一般是一种水性有机化合物，选择性地与铜键合形成能保护铜并保持其可焊性的有
机金属层。有多种化学材料可供 OSP 使用，常见化学材料如苯并三唑、咪唑和苯并咪唑。
这些涂层一般通过浸渍和喷涂来施加。如果制程受控，两种方法都能实现均匀涂覆。涂层厚度的变化范围可由
较 薄（ 0.2
μ
m）变化至相对较厚（0.5
μ
m）。当需要进行多次再流焊循环和／或焊接间隔时间较长时（最多 24小时），
应优先使用较厚 OSP 涂层。
OSP 涂层可与 SMT、BGA 和通孔元器件兼容，但不能进行金属线键合。OSP 涂层与阻焊膜的兼容性通常也不
会是个问题。如果储存合适，表面涂有 OSP 层的印制板其保存期限为 6 至 9 个月。OSP 涂层与锡铅焊料和无
铅焊料均兼容；但在无铅焊接时必须使用针对无铅焊料设计的 OSP 涂层。
平整的 OSP 表面有效地减少了模板印刷和元器件共面性问题。由于 OSP 涂层表面保持着像铜一样的外观（OSP
是透明的），焊膏印刷错误可以通过色差对比的增加而更容易辨别。如果使用酒精或其它溶剂洗掉错印的焊膏，
同样也会清洗掉 OSP 层，这会增加铜氧化的风险从而影响可焊性。这种情况下的印制板如必要重新涂覆涂层。
不建议对印制板进行清洗或擦拭，而应该根据 IPC-7526 的要求进行处理。
OSP 涂层有一些潜在的工艺问题。由于多次再流焊循环后 OSP 层会退化，波峰（或选择性）焊接时完全填充
通孔可能很难实现，特别是使用免清洗助焊剂的情况。建议在氮气氛围中进行再流焊接以限制 OSP 退化的程
度。这种方法可减少在波峰焊接时通孔填充发生问题的风险。波峰焊接时在锡炉上方保持氮气氛围也是一个好
的方案。在再流焊过程中，焊膏应该覆盖整个连接盘表面以避免在靠近边缘的连接盘出现退润湿外观；尽管这
只是外观现象，却常常会引起问题。由于探针刺穿 OSP 涂层有一定困难，因此 ICT 可能会存在问题；测试连
接盘应该有焊料覆盖（再流焊接或波峰焊接）以提供理想的接触面。
5.3.3 贵金属涂层
5.3.3.1 化学镀镍 / 浸金（ENIG）
ENIG 表面处理是在印制板外露铜的表面上，先沉积一层镍层，随后沉积
一层薄的金保护层。浸金的薄层通过阻止高活性的镍表层氧化以保持其可焊性。镀镍层的出现使得在多次再流
焊、波峰焊接和手工焊等循环期间，给镀覆孔孔壁提供了额外的强度。IPC-4552 是一份关于 ENIG 涂层很有价
值的参考文件。
ENIG 与 SMT、BGA 和通孔元器件可兼容。不认为 ENIG
处理的表面是金属线可键合的表面。使用 ENIG 镀层
的印制板的保存期限为 12 个月。通常来说它可以承受 4 至 5 个加热循环而不影响可焊性。ENIG 与锡铅和无
铅焊料均兼容，其形成的平整表面可以减少模板印刷和元器件共面性问题。
A
B
图 5-4 热风焊料整平（HASL）表面拓扑结构比较
A– 无铅
B– 锡铅
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ENIG 可采用多种化学方法进行，取决于使用的化学物
质，其导致的结果可能会不同。另外，所使用化学物质和
工艺可能会与某些阻焊膜不兼容。在化学镀镍工艺中使用
的还原剂含有磷或硼。在化学镀镍还原沉积镍的过程中，
磷或硼都会结合在镍沉积中。应该控制这些共沉积元素的
含量水平在规定的范围内。磷或硼超出规定限值过多，可
能会对可焊性和焊点可靠性产生负面影响。图 5-5 显示了
ENIG 结构。许多厂商已成功运用 ENIG。然而，当 BGA
使用 ENIG 表面处理时，有时结果不可预测。有两种常见
的失效模式。
1） 第一种失效模式是被称为“黑焊盘”的不润湿或退润
湿情况。图 5-6 展示了由黑焊盘的失效而引发的裂纹位
置。这种失效介于镍和镍锡之间的金属间化合物中（不
是在焊球与镍锡金属间化合物之间）。
2） 第二种失效模式是与机械应力有关的界面断裂
，这种
失效会发生在 BGA 焊球和镍锡金属间化合物之间。
图 5-6 强调了这两种失效模式的差异以及它们出现的
位置。
研究表明，“黑焊盘”是由于在浸金电镀工艺时化学镍镀层
的过度攻击（过度腐蚀）造成的。当它们以金属金的形式
析出时，电镀液中的金离子吸引金属镍表面电子；作为交
换，镍离子被释放到电镀槽中。由于某种微结构特征（例
如晶粒边界和涉及的电化学），这种置换并不会一直局限在
某一处发生，即金元素的沉积区域与镍离子的释放区域并
不一定会相同。这种工艺可能的后果是所选的镍特征会被
侵蚀，而留下与焊料键合薄弱的粗糙的富磷层。受此影响的
焊点不会与印制板形成稳健的机械连接，因此焊点受到相对
较小的外力作用会失效，暴露的连接盘上没有或很少有焊料
遗留。连接盘上暴露的镍表面是光滑的，外观颜色从灰色变
到黑色，这是术语“黑焊盘”的由来（见图 5-7 和 5-8）。
A
B
C
IPC-7095d-5-5-cn
图 5-5 化学镀镍 / 浸金（ENIG）结构说明
A– 清洁并微蚀刻的铜表面
B– 化学镀镍 5
μ
m
C– 浸金 0.05
μ
m
IPC-7095d-5-6-cn
图 5-6 镍与镍锡金属间化合物层之间的显示有裂
纹黑焊盘断裂
A– 镍与 IMC 层之间的黑
焊盘裂纹界面
B– 焊球与 IMC 层之间的
界面断裂（过应力）
C– Cu
D– Ni
E– 裂纹
F– 镍锡金属间化合物
G–BGA 焊球
H– 焊料
I– Ni-P
图 5-7 黑焊盘表面典型的龟裂外貌
A 和 B – 显微镜视图 C – 表面视图