1、まず理解しましょう: 表面処理が実際に何を解決するのか
裸の銅はエッチングされた瞬間から酸化し、数時間以内に酸化層を形成します。表面処理の中心的な使命は次の 2 つだけです。
保管中や溶接プロセス中の銅の表面を酸化や加硫から保護します。
溶接中にはんだがはんだパッドを確実に濡らすことができるようにしてください。
これら 3 つのプロセス ルートは、まったく異なる方法で同じ目標を達成します。これにより、平坦度、耐熱性、保存寿命、コストの違いが決まります。この文を思い出してください。最適な表面処理はなく、最適な表面処理があるだけです。
寸法錫溶射 HASL 浸漬金 ENIG OSP
表面構成：錫銀銅合金（鉛フリー）、ニッケル層+金層、有機保護膜
平坦度が低い (錫の塊とメニスカスがある)、非常に高い (約 0.1 μ m レベル)、最高
保管期間 3～12ヶ月 6～12ヶ月以上 3～6ヶ月
逆流抵抗性良好（複数回）、良好（4～10回）、不良（1～2回）
相対コストが最も低い 2 ～ 3 の最低レベルのスズ溶射
典型的なシナリオのプラグイン、粗い間隔、コントロール パネル BGA/細かい間隔、高信頼性シングル パス炉、コンシューマ バッチ ボード
2、ENIG (化学ニッケルゴールド) - 高い信頼性が望ましいですが、コストがかかります
プロセス原理: 化学蒸着。最初に裸の銅上に拡散バリア層として 3 ～ 6 μ m のニッケル層を蒸着し、次にニッケルの酸化を防ぐために非常に薄い金層 (0.05 ～ 0.1 μ m) を蒸着します。プロセス全体を通して 100 度未満であり、熱衝撃はありません。金層自体は溶接に関与せず、溶接により Ni Sn 金属間化合物が形成されます。
主な利点
非常に高い平坦度：粗さを0.1μmレベルで制御でき、0.3mm間隔のBGAはんだボールを均一に付着でき、微細なピン部品もブリッジしない。
長い保管寿命: 溶接性は真空包装下で 12 か月以上にわたって基本的に変化しません。
複数回のリフロー耐性: 4 ～ 10 回のリフローはんだ付けサイクルに耐えることができ、幅広いプロセスウィンドウで複数回の組み立てや修理に適しています。
強力な耐食性: 金は化学的に不活性で、高湿度および高塩水噴霧環境においてスズ噴霧よりも優れた性能を発揮するため、自動車エレクトロニクス、産業用制御、エネルギー貯蔵、およびその他のシナリオに必須となっています。
リスクと欠点
黒色パッド: 金への浸漬中に、溶液がニッケル層を過度に攻撃し、ニッケル層の酸化と腐食を引き起こして、脆い黒色層を形成します。外観はまだ光沢がありますが、はんだ接合部の強度は非常に低いです。 BGA/QFN などの隠れたはんだ接合は特に危険であり、問題が明らかになるまでに数か月、場合によっては数年かかることもよくあります。主要な制御ポイント: 浸漬溶液の pH 値 (5.0 ～ 5.5 に維持する必要がある)、ニッケル層のリン含有量 (7 ～ 10%)、および金層の厚さ。
金の層は厚いほど良いです。金が厚すぎると、はんだの中に溶けて脆い AuSn ₄ が形成され、実際にはんだ接合部の強度が低下します。 IPC-4552B は、ニッケル層が 3.0 ～ 6.0 μ m、金層が 0.05 ～ 0.10 μ m であることを指定します。これは広範な検証を経た最適な範囲です。
薄い金層、耐摩耗性なし: 標準のゴールドフィンガーは硬質金でメッキする必要があり、インターフェースの抜き差しには沈んだ金が使用され、通常は 50 回以内に銅が露出します。
金ワイヤボンディングには適さない: ニッケルは金層に向かって移動して酸化するため、代わりにニッケルパラジウム金 (ENEPIG) を使用する必要があります。
高コスト: 貴金属の金と複雑な化学プロセスを使用するため、コストはスズ溶射の約 2 ～ 3 倍です。
3、HASL (熱風レベリング) - 費用対効果の王様ですが、明確な境界があります
プロセス原理: 物理的熱プロセス。PCB は約 260 度の溶融錫合金に浸漬され、除去後、過剰なはんだは高圧熱風ナイフで吹き飛ばされ、激しい熱衝撃を伴う錫合金コーティングが残ります。鉛（63Sn/37Pb、段階的に廃止）と鉛フリー（SAC305、融点約217度）があります。
かけがえのない場所
はんだ接合部の高い機械的強度: 錫層が厚く (1 ～ 40 μ m)、溶接中にはんだと直接融合し、強固なはんだ接合部を形成します。
最低コスト: 投入される機器と材料はより手頃な価格で、成熟したプロセスであり、修理が簡単です。
ウェーブはんだ付けやプラグインプロセスに完全に適応しており、主コンポーネントとしてスルーホールコンポーネントを備えたボードは、依然として最適なシナリオです。
致命的な弱点
平坦度が低い: 半月曲面と錫の塊はプロセスに固有のものであり、間隔が 0.5 mm 未満の BGA/QFN は直接除外されます。間隔が狭いと、ブリッジや仮想はんだ付けが発生しやすくなります。
高熱衝撃：瞬間的に260度の高温になるため、薄板（0.8mm以下）や多層板では反りや剥離の危険性があります。
保管寿命が短い: 錫層は 3 ～ 6 か月空気にさらされると著しく酸化するため、輸出輸送や長期在庫には真空包装などの複数の保護が必要です。
4、OSP（有機ソルダーマスク） - 低コストで平坦性が高いがウィンドウが狭い
プロセス原理: 清浄な銅表面に厚さ 0.2 ～ 0.5 μ m の有機化合物皮膜 (通常はベンズイミダゾール) の層を塗布し、高温で溶接して皮膜層を分解し、新しい銅表面を露出させ、はんだで接合します。金属コーティングはありません。
最大のセールスポイント
非常に低コスト (増分ゼロに近い)、最も滑らかな表面、0201 超小型デバイスおよび高密度 BGA ピンとの完全な互換性。
信号インピーダンスに影響を与えず、環境に優しく鉛フリーの HDI 高密度基板の主流プロセスの 1 つです。
明らかな制限
最短保管期間: 密封状態で最大 6 か月。湿気に弱いため、開封後はできるだけ早く使用してください。手の汗や指紋は保護フィルムを損傷する可能性があります。
限られた逆流抵抗性: 通常は 2 ～ 3 回のみで、その後は劣化します。
ウェーブはんだ付けやスルーホールプロセスには適していません。
接触、プラグイン構造、または長期間露出した機器を作成することはできません。
5、シナリオから選択: 解決策を決定するための 4 つの質問
選択の決定パス（順番に自分に問いかける）
0.5mm未満の間隔の部品やBGAはありますか?錫スプレーを除く。
ボードはどのくらいの期間保管する必要がありますか? 6 か月を超える → OSP を除外。
高周波/無線周波数インジケーターに対する要件はありますか?沈む銀または金を優先する必要があります。
コスト重視のコンシューマー向けバッチボードですか?はい → OSP または錫の蒸着。
典型的なシナリオの比較
BGA/微細間隔、高密度精密基板→金蒸着、最も安全。
カーエレクトロニクス、医療機器、サーバー、長期在庫精密機器 → 金蒸着（自動車法規に従ってニッケル層 4 ～ 5 μ m、金層 0.05 ～ 0.1 μ m を推奨）。
高周波/無線周波数 (5G アンテナ、マイクロ波モジュール、レーダー) → 銀浸漬 (高周波損失が最も低い) または金浸漬。
プラグイン指向、粗い間隔、コスト重視 → 錫スプレー (電源基板、小型家電、通常の産業用制御基板)。
シングルパス、短期売上高の消費者バッチボード→OSP。
コストを節約するための微細な間隔 → 錫の堆積（代替品としての錫スプレーの平らなバージョン、費用対効果の高い中間オプション）。
ゴールドフィンガー、コネクタ、ボタン接点 → 電気メッキされたハードゴールド（耐摩耗性）。通常のイマージョンゴールドでは代替できません。
よくある 3 つの誤解
浸漬に使用する金は厚いほど良いです。「厚すぎると、実際には脆さが増加します。溶接金層は1〜3μ」で十分です。本当に厚い金が必要なものは、ゴールドフィンガーのようなコンタクトであり、硬い金でコーティングする必要があります。
OSP が安いなら、みんな OSP を使うべきです。 「生産ラインで手作業が多く、基板をバッチで出荷する必要がある場合、OSP の欠点がすぐに露呈します。
表面処理はインピーダンスに影響しません。表面処理により表面導体の厚さと損失がわずかに変化するため、シミュレーションには極端な高周波シナリオを含める必要があります。