有不少用戶對(duì)于PCB板上的「化金」、「電鍍金」及「閃金」一直傻傻分不清，還有有些人總是無(wú)法區(qū)分什么是「硬金」、什么是「軟金」? 很多人經(jīng)常問(wèn)，連接器鍍金應(yīng)該選擇多厚?下面德索電子工防師將重點(diǎn)為您介紹一下pcb和連接器常用鍍金工藝的差異及其特性，好讓大家不會(huì)再有這方面問(wèn)題的困惑。

1. 鍍金工藝

在PCB和連接器行業(yè)，與我們相關(guān)的電鍍工藝。主要分為兩大類：電解電鍍(以下簡(jiǎn)稱電鍍)和化學(xué)鍍。

電鍍： 電鍍是指借外界電流的作用，在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng)，使需要涂覆的物質(zhì)表面沉積上一層均勻、致密的金屬或合金的過(guò)程。電鍍反應(yīng)原理是原電池反應(yīng)。電鍍時(shí)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶解失去電子，金屬原子變成陽(yáng)離子;陰極發(fā)生還原反應(yīng), 金屬陰離子得到電子，形成鍍層。

圖1：電鍍?cè)硎疽鈭D

化學(xué)鍍：在水溶液中不依賴外加電源，僅靠鍍液中的還原劑進(jìn)行化學(xué)還原反應(yīng)，使金屬離子不斷還原為金屬原子沉積在基體表面，形成金屬鍍層的工藝方法。典型的是PCB表面處理工藝：ENIG(化學(xué)鎳金)。

化學(xué)鍍與電鍍的比較

化學(xué)鍍與電鍍最大的不同，不需要外電流?；瘜W(xué)鍍鍍層厚度均勻，針孔率低。

表1：化學(xué)鍍與電鍍的比較

2.PCB常見(jiàn)鍍金工藝

電鍍鎳金

電鍍鎳金(Electrolytic Nickel/ Gold)是PCB表面處理工藝的鼻祖，自從PCB出現(xiàn)它就出現(xiàn)。它是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金。其原理是分別將鎳液配置好、金 (俗稱金鹽)溶于化學(xué)藥水后,將預(yù)處理的電路板浸于電鍍缸(鍍鎳缸/鍍金缸)中并通上電流而在電路板的銅箔面上生成鎳/金鍍層,電鍍鎳金因其鍍層硬度高,耐磨損,不易氧化的特點(diǎn)在電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。

圖2：電鍍鎳金表面處理PCB

ENIG

ENIG的全稱是Electroless Nickel/Immersion Gold，中文叫做化學(xué)鎳金。

其優(yōu)點(diǎn)是不需要使用復(fù)雜的電源裝置(整流器)就可以把「鎳」及「金」附著于銅皮之上，而且其表面也比電鍍鎳/金平整，這對(duì)日趨縮小的電子零件與要求平整度高的元件尤為重要。

ENIG工藝一般先經(jīng)過(guò)酸洗、微蝕、活化、化學(xué)鍍鎳、清洗、浸金等過(guò)程，關(guān)鍵的步驟是在銅焊盤上發(fā)生自催化反應(yīng)鍍鎳，一般通過(guò)溫度、pH以及添加劑濃度等參數(shù)來(lái)控制鍍鎳層的厚度;再利用鍍好的新鮮鎳的活性，將鍍好鎳的焊盤浸入酸性的金水中，通過(guò)化學(xué)置換反應(yīng)將金從溶液中置換到焊層表面，而部分表面的鎳則溶入金水中，這樣只要置換上來(lái)的金將鎳層完全覆蓋，則該置換反應(yīng)自動(dòng)停止，最后清洗焊盤表面的污物和藥水殘留后，ENIG工藝流程結(jié)束。

圖3：ENIG表面處理PCB

閃金(Gold Flash)

「閃金」一詞源自于英文Flash，意思就是快速鍍金，俗稱鍍水金。其實(shí)它就是電鍍硬金的「預(yù)鍍金」程序，它使用較大的電流與含金較稀的液槽，先在鎳層的表面形成一層密度較細(xì)致，但較薄的鍍金層，以利后續(xù)電鍍金鎳或金鈷合金時(shí)可以更方便地進(jìn)行。

因?yàn)椤搁W金」少了后面的電鍍金程序，所以其成本較真正的電鍍金便宜許多，但也因?yàn)槠洹附稹箤臃浅５谋?，一般無(wú)法有效地覆蓋住金層底下的全部鎳層，所以也就比較容易導(dǎo)致電路板存放時(shí)間過(guò)久后氧化的問(wèn)題，進(jìn)而影響到可焊性。

關(guān)于「硬金」和「軟金」

「硬金」及「軟金」的差異在于「合金」與「純金」之別，因?yàn)椤讣兘稹箤?shí)際上比較軟，摻雜了其他金屬的「合金」較硬且耐摩擦，所以越純的金相對(duì)的也就越軟。

電鍍硬金實(shí)際上就是電鍍合金(含有鈷，鎳等其他元素，元素含量≤0.2%)，所以硬度會(huì)比較硬，適合用在需要受力及摩擦的地方，在電子業(yè)界一般用來(lái)作連接器接觸表面，電路板的板邊接觸點(diǎn)(俗稱「金手指」的地方)。

因?yàn)槭侵脫Q的原理，所以ENIG的鍍金層屬于「純金」，因此它也經(jīng)常被歸類為「軟金」的一種。

3.連接器鍍金工藝

大都數(shù)的電子連接器，端子都要作表面處理，一般即指電鍍。有兩個(gè)主要原因：一是保護(hù)端子簧片基材不受腐蝕。多數(shù)連接器簧片是銅合金制作的，通常會(huì)在使用環(huán)境中腐蝕，如氧化，硫化等。二是優(yōu)化端子表面的性能，建立和保持端子間的接觸界面，特別是膜層控制。換句話說(shuō)，使之更容易實(shí)現(xiàn)金屬對(duì)金屬的接觸。

鍍金時(shí)需考慮的幾個(gè)事項(xiàng)：

1. 鎳底層

電鍍鎳，對(duì)金與銅之間的遷移或擴(kuò)散都具有阻絕效應(yīng)，后者尤佳。鎳底層是貴金屬電鍍要考慮的首要因素。通過(guò)正面性的氧化物表面，鎳提供了一層有效的隔離層，阻隔了基材和小孔，從而減少了小孔腐蝕的潛在的可能;并提供了位于貴金屬電鍍層之下的一層硬的支撐層，從而提高了鍍層壽命。

2. 多孔性

在電鍍工藝中，金在眾多暴露在表面的污點(diǎn)上成核，形成多孔性的電鍍表面。金鍍層的多孔性與鍍層厚度有一定的關(guān)系。在0.38μm以下，多孔性迅速增加。0.76μm以上，多孔性很低。多孔性和基材的缺陷，如包含物，疊層，沖壓痕跡，沖壓不正確的清洗等也有一定關(guān)系。

圖4：典型的多孔性與鍍層厚度的關(guān)系

3. 磨損

電鍍表面的磨損或壽命取決于表面處理的兩種特性：摩擦系數(shù)和硬度。摩擦系數(shù)減少，表面處理的壽命會(huì)提高。電鍍金通常為硬金，提高金的耐磨損性。

4.總結(jié)：如何選擇鍍金工藝

以目前眾多電路板表面處理的方法來(lái)看，電鍍鎳金的費(fèi)用相較于其他的表面處理方法(如ENIG、OSP)相對(duì)來(lái)得高，所以現(xiàn)在較少被采用，除非特殊用途，比如說(shuō)有滑動(dòng)式接觸元件的需求(如金手指)等;不過(guò)以目前的電路板表面處理技術(shù)而言，電鍍鎳金的鍍層具有良好的抗摩擦能力以及優(yōu)異的抗氧化能力還是其他表面處理工藝無(wú)可匹敵的。

ENIG目前在電路板表面處理應(yīng)用最為廣泛。但ENIG也有其自身弱點(diǎn)，尤其對(duì)于含密集QFP/SOP/小PAD或BGA來(lái)說(shuō)，若制程管控不好，鎳表面會(huì)被腐蝕而出現(xiàn)焊盤黑化(又稱黑盤Black Pad、黑鎳、鎳腐蝕)的現(xiàn)象。關(guān)于如何避免，請(qǐng)參考閱讀《給企業(yè)帶來(lái)巨額損失的PCB“黑盤”，其實(shí)可以規(guī)避》

連接器端子大都采用電鍍金工藝，鍍金厚度依賴于產(chǎn)品壽命和環(huán)境應(yīng)用要求，由于金成本較高，選擇合適的厚度，往往是大家關(guān)心的。

鍍層厚度直接影響連接器的壽命，行業(yè)內(nèi)有開(kāi)展相關(guān)的插拔試驗(yàn)，論證鍍層厚度和壽命關(guān)系。某試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用的是直徑為0.635 cm的端子，摩擦距離1.27 cm，正向力100g每個(gè)循環(huán)。

表2：插拔壽命和鍍層厚度

連接器插拔壽命要結(jié)合產(chǎn)品工作溫度，端子材料，鍍層性能來(lái)綜合評(píng)估，上面的數(shù)據(jù)只能作為我們選用的基本原則。并且各種連接器結(jié)構(gòu)差異巨大，不同種類連接器，在相同的表面鍍金處理下，也可能表現(xiàn)不同的壽命。下面介紹幾種常見(jiàn)鍍金厚度的應(yīng)用，供大家選型參考。

表3：鍍金厚度應(yīng)用

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