むき出しの銅は数時間で酸化します。酸化した銅にははんだが付きません。表面処理は、パッド上に施す薄い被膜であり、実装まで銅のはんだ付け性を保ちます。表面処理はパッドの平坦さも決めます。これは小さな部品で重要です。また、基板が接点やワイヤーボンドに対応できるかどうかも決まります。
表面処理
HASL（ホットエアーはんだレベリング）。 基板を溶融はんだに浸し、余分なはんだを熱風で吹き飛ばします。有鉛タイプと鉛フリータイプがあります。安価で堅牢であり、はんだ付け性が良く、保存期間も長いです。表面は平坦ではありません。パッドはドーム状になり、小さなパッドでは厚さがばらつきます。ファインピッチ部品や BGA には適しません。基板は高温の浸漬工程を通るため、基板に熱ストレスがかかり、薄い基板では反りが生じることがあります。鉛の使用が制限される用途では、鉛フリーHASLが必要です。
ENIG（無電解ニッケル浸漬金）。 数マイクロメートルの厚さのニッケル層を化学的に析出させ、その後、1マイクロメートルのごく一部という非常に薄い金層でニッケルを保護します。表面は非常に平坦であるため、ファインピッチや BGA に適し、保存期間も長いです。はんだはニッケルと接合し、金ははんだ中に溶け込みます。既知のリスクとして、工程中のニッケル表面の品質が悪いと、接合が弱くなることがあります（ブラックパッドと呼ばれることが多い現象です）。適切な工程管理により回避できます。HASL や OSP よりもコストが高くなります。
OSP（有機はんだ付け性保護剤）。 銅上に施す薄い有機被膜であり、最初のはんだリフローまで銅を保護し、その後、燃焼して消失します。平坦で安価であり、鉛フリーです。金属系の表面処理よりも保存期間が短く、被膜は繰り返しのリフローで損傷するため、製造後まもなく実装され、はんだ付けが1回または2回で済む基板に適します。実装後もテストポイントではむき出しの銅が露出したままになります。被膜は目に見えないため、取り扱いによる跡が残るリスクがあります。
浸漬銀。 置換反応によりめっきした薄い銀層です。平坦であり、ファインピッチに適し、高周波でも良好です。硫黄を含む空気中では変色するため、丁寧な包装と保管が必要であり、保存期間は短くなります。コストは中程度です。
浸漬錫。 薄い錫層です。平坦で鉛フリーであり、安価です。銅上の錫はゆっくりと化合物を形成し、はんだ付け性を損なうため、保存期間には限りがあります。また、条件によっては錫がウィスカ（非常に細い金属の毛状結晶）を成長させることがあります。プレスフィット接続や一部のファインピッチ用途に使用されます。
ENEPIG（無電解ニッケル、無電解パラジウム、浸漬金）。 ENIG にニッケルと金の間にパラジウム層を追加した処理です。パラジウムによりブラックパッド不良を防ぎ、はんだ付けに加えてワイヤーボンディングも可能になります。平坦で長持ちしますが、ENIG よりもコストが高くなります。
硬質金（電解ニッケル・金めっき）。 電解めっきにより施し、少量のコバルトなどで合金化した、はるかに厚く硬い金層です。摩耗に強いです。エッジコネクタ（金フィンガー）や、抜き差しされる接点パッドに使用されます。通常はそれらの領域にのみ施し、基板の残りの部分には別の表面処理を施します。高価であり、通常のはんだパッドには適しません。
- HASL: 溶融はんだを吹き付けて平らにした状態です。パッドはドーム状になり、平坦ではありません。
- ENIG: ニッケル層の上に非常に薄い金層を施した状態です。平坦です。
- ENEPIG: ニッケル、パラジウム層、次に薄い金の順です。
- OSP: むき出しの銅上の有機被膜です。非常に薄く、目に見えません。
- 浸漬銀または浸漬錫: 薄く平坦な金属層です。
- 硬質金: 接点の摩耗に対応するため、はるかに厚い金層をニッケル上に施した状態です。
比較
| 表面処理 | 平坦さ | ファインピッチと BGA | 保存期間 | コスト区分 | 典型的な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| HASL（有鉛） | 低い | 不可 | 長い | 低い | 鉛が許容される場合の、シンプルなスルーホール実装と大きめの部品 |
| HASL（鉛フリー） | 低い | 不可 | 長い | 低い | 同様の用途で、鉛が制限される場合 |
| ENIG | 非常に良好 | 可 | 長い | 中程度から高い | 一般的なファインピッチ基板、BGA、接点のある基板 |
| OSP | 良好 | 可。ただし、まもなくはんだ付けする場合 | 短い | 低い | 迅速に実装される民生用基板 |
| 浸漬銀 | 良好 | 可 | 中程度、保管条件の影響を受けます | 中程度 | RF、ファインピッチ |
| 浸漬錫 | 良好 | 可 | 限定的 | 低いから中程度 | プレスフィット、一部のファインピッチ |
| ENEPIG | 非常に良好 | 可 | 長い | 高い | ワイヤーボンディングとはんだ付けの両方、要求の厳しい基板 |
| 硬質金 | 良好 | はんだ用表面処理ではありません | 長い | 高い | エッジコネクタ、接点 |
ここでの保存期間は相対的なものです。実際の期間はメーカーや包装により異なり、通常は月単位で示されます。工場が提示する期間を工場に確認してください。実装まで長期間保管する場合は、保管方法を工場に確認してください。
平坦さはファインピッチで重要です。平坦な部品やメタルマスクは、ドーム状のパッドとは最も高い点でのみ接します。
- HASL パッド はドーム状であり、各ドームの高さは異なります。
- 平らな面 は部品やメタルマスクの面です。最も高いドームの上にのみ載ります。
- ENIG は薄いニッケル層と、それより薄い金層です。パッドは平坦なままです。
- パッド間のソルダーレジスト は、どちらの図でも同じです。
選び方
- 分からない場合は、鉛フリーHASL と ENIG のどちらかを選択してください。 大きめの部品を使うシンプルな基板には HASL を、ファインピッチ、BGA、平坦なパッドが重要な基板には ENIG を選択してください。
- ファインピッチや BGA には平坦な表面処理が必要です。 ENIG、OSP、浸漬銀、浸漬錫、ENEPIG です。
- 金フィンガーにはフィンガー部への硬質金が必要です。 その旨を記載し、対象領域も指定してください。
- ワイヤーボンドには ENEPIG が必要です。 または、ボンディング対応の別の表面処理です。
- 実装まで待機する基板には、長寿命の表面処理が必要です。 ENIG と ENEPIG が確実な選択です。
- 必要な場合は鉛フリーにしてください。 製品が有害物質に関する規制の対象となる場合は、鉛フリーの表面処理を選択してください。製品規制により必要な事項が定まります。その遵守についてはお客様に責任があります。
- 表面処理を混在させるとコストが高くなります。 基板の一部に選択的に硬質金を施し、その他の部分に ENIG を施す組み合わせは標準的ですが、組み合わせごとに工程が増えます。
よくある問題
- ENIG ではんだ接合部が弱くなります。 工程が管理されていればまれです。信頼性の要件がある場合は、工程レポートを求めてください。
- 保管後、パッドがくすんだり、はんだが濡れなくなったりします。 通常は、長期保管や不適切な包装による酸化や変色が原因です。
- HASL パッドではんだが不均一になります。 工程に起因する現象であり、不良ではありません。平坦な表面処理を選択してください。
- 誤った領域に金が施されます。 金の領域は、注記だけでなく図面にも記載してください。
ここで注文する場合
表面処理はオプションの1つとして選択し、価格はそれに従います。利用可能な表面処理は製造能力のページに記載されています。ファイルチェックでは、注文していない表面処理がファイルに必要な場合を検出できます。たとえば、注文したオプションに含まれていない場合に「エッジコネクタ（金フィンガー）」を検出された特徴として報告します。エンジニアがすべての注文を確認します。関連する価格への影響については、PCBA の価格を決める要素をご覧ください。