Finitions de surface des circuits imprimés :HASL, OSP et ENIG

Lors de la création de finitions de surface pour les cartes de circuits imprimés (PCB), vous pouvez choisir entre des matériaux organiques ou métalliques. Savoir quels types de finitions de surface existent est assez simple, mais comment déterminer lequel est mieux pour votre PCB ? Ils partagent des similitudes, mais chacun a ses propres avantages, inconvénients et considérations techniques.

Si vous vous demandez comment sélectionner la bonne technique de finition, cet article peut vous aider à en savoir plus sur trois types courants :le nivellement de la soudure à l'air chaud (HASL), le conservateur de soudabilité organique (OSP) et Or par immersion au nickel autocatalytique (ENIG).

L'importance de la finition de surface de votre circuit imprimé

La finition de surface que vous choisissez pour votre PCB aura un impact significatif sur sa qualité et son utilité dans sa partie mère. La finition empêche la couche de cuivre du PCB de s'oxyder, ce qui réduirait autrement sa soudabilité. L'application d'une finition protège la carte de l'oxydation avant l'ajout des composants, ce qui vous permet de souder les éléments supplémentaires si nécessaire. Comme les connexions électriques du PCB reposent sur une conductivité adéquate du cuivre, il est essentiel d'empêcher l'oxydation et de faire adhérer les composants si nécessaire.

La sélection de la finition appropriée dépendra de divers facteurs, tels que le processus de finition, la conception du PCB et la qualité du résultat final. Tous les types de finition ne conviennent pas à chaque PCB. Vous trouverez ci-dessous un quelques caractéristiques à garder à l'esprit lors de l'examen des différents :

1. Soudabilité

Éviter les problèmes de soudure est essentiel pour créer un circuit imprimé qui fonctionnera comme prévu. Des surfaces lisses sont nécessaires pour garantir une connexion qui fonctionne correctement dans son environnement donné. Demandez-vous si la finition de surface peut se souder directement sur le cuivre, comme dans le cas de l'étain par immersion, ou s'il s'agit d'une technique en couches, comme ENIG.

Une bonne liaison par fil est également cruciale, étant donné que différents métaux nécessitent des techniques de fabrication uniques et se comportent différemment même dans les mêmes environnements. Les fils peuvent être constitués de matériaux comme l'aluminium, l'or et le cuivre, avec chaque finition de surface type étant compatible ou incompatible avec ces éléments.

2. Délai de traitement

La fenêtre de traitement pour une finition spécifique peut être grande ou petite — les finitions comme HASL ont des fenêtres de traitement plus grandes.

La durée du processus dépend de la complexité de l'assemblage. Certaines finitions de surface, comme l'OSP, ont des cycles thermiques limités et ne peuvent pas supporter de nombreux processus de soudure. Après quelques cycles, il disparaîtra et le PCB perdra sa protection contre l'oxydation. Cependant, une finition de surface OSP pour un PCB peut être retravaillée pendant la fabrication. Il en va de même pour l'argent par immersion.

ENIG est un processus de finition plus complexe et prend plus de temps, ce qui peut le rendre plus adapté aux lignes de production de PCB qui n'ont pas besoin de produire un grand nombre de PCB en peu de temps .

3. Fiabilité

Dans quelle mesure la finition de surface choisie résistera-t-elle à son environnement ? Si votre PCB doit répondre à des exigences de fiabilité spécifiques, vous souhaiterez une finition qui s'adapte à celles-ci. Bien que le coût ne soit qu'un élément de les nombreux autres éléments mentionnés ici, vous devez tenir compte du coût de la défaillance si la finition du PCB ne fonctionne pas comme prévu et ne protège pas la surface.

L'IPC propose un ensemble de normes dans son manuel de méthodes de test TM-650 qui détaille différentes manières de tester la fiabilité et la qualité des PCB. Celles-ci incluent des techniques telles que la vérification dimensionnelle, la résistance chimique, la ductilité du cuivre et la quantité de perte de signal. Un test utilise des produits chimiques tels que l'acide sulfurique et l'isopropanol pour déterminer les effets de ces substances sur les matériaux diélectriques contenant des PCB.

4. Corrosion

Certains types de finition de surface, comme l'argent, peuvent être plus vulnérables à la corrosion par fluage que d'autres. Ce type de corrosion peut se produire avec pratiquement n'importe quel type de finition que vous utilisez, mais il est plus courant avec l'argent par immersion Au fur et à mesure que la corrosion des éléments métalliques se propage le long de la surface du circuit imprimé, elle peut provoquer des courts-circuits en raison de l'interaction avec les éléments voisins sur la carte.Ce problème est devenu plus courant car les finitions sans plomb sont de plus en plus utilisées, car le plomb était particulièrement efficace à fournir une résistance à la corrosion.

La corrosion fluante est également plus fréquente dans les environnements humides et riches en soufre. Considérez à quel type de paramètres vos circuits imprimés seront exposés avant de s'installer sur une finition de surface. L'environnement peut avoir une influence majeure pour déterminer les cycles de vie de vos produits.

D'autres finitions comme l'étain à immersion sont sujettes au développement de moustaches, bien que les agents anti-migration puissent réduire ce problème.

Facteurs qui affectent la finition de surface du circuit imprimé que vous utilisez

Une gamme de facteurs affectera le type de finition de PCB que vous décidez d'utiliser. Il est essentiel de considérer tous ces facteurs comme un tout intégré. Bien qu'ils aient tous un poids dans le processus, votre fini Le PCB peut ne pas donner le résultat escompté si vous privilégiez grandement une caractéristique par rapport aux autres. Par exemple, vous pouvez choisir l'HASL sans plomb en raison de sa rentabilité, mais réaliser plus tard que sa coplanarité fait défaut par rapport à d'autres procédés de finition.

Vous trouverez ci-dessous quelques éléments cruciaux à garder à l'esprit lors de l'étude des différentes finitions de surface des PCB.

1. Coût

Le montant que vous dépensez pour la finition de surface est déterminé par le type que vous choisissez. La qualité de la finition est également un facteur de coût. Les finitions HASL sont plus abordables que les types ENIG, mais elles peuvent ne pas répondre à la qualité précise normes que vous attendez.

Le prix de fabrication de la carte elle-même sera également important. Après la fabrication initiale, y aura-t-il de la place dans votre budget pour sélectionner des méthodes de finition plus avancées telles que ENIG ? Les PCB pour des industries comme l'électronique grand public sont nettement moins cher à fabriquer, ce qui peut vous permettre d'utiliser des finitions plus coûteuses pour des résultats de meilleure qualité.

2. Volume

Le volume de production peut avoir un impact significatif sur le type de finition de surface que vous utilisez. Par exemple, une finition de surface constituée d'étain par immersion commencera à se ternir peu de temps après avoir été déposée sur le circuit imprimé en cuivre. Cependant, l'utilisation d'un volume de PCB peut vous aider à éviter le ternissement. Si vous avez un petit lot, il peut être préférable d'opter pour une finition comme l'argent par immersion.

3. Cosmétiques

Les processus comme HASL et OSP ont tendance à offrir une meilleure valeur esthétique que l'ENIG, qui est un autre composant qui pourrait influencer le type que vous sélectionnez. Avez-vous besoin d'une surface brillante moins sensible à la corrosion par fluage ? moustaches et problèmes similaires ? Vous voudrez peut-être éviter de traiter avec des matériaux comme l'argent et l'étain et choisir d'autres options qui sont moins susceptibles de provoquer une corrosion importante.

Types de finitions de surface de PCB

Bien qu'il existe de nombreux types de finitions de surface de PCB, nous en couvrirons trois bien connus ici :HASL, OSP et ENIG.

1. HASL et HASL sans plomb

Une finition de surface HASL offre une soudabilité de haute qualité et s'adapte à plusieurs cycles thermiques tout en étant l'une des options les plus abordables. Elle servait autrefois de norme de l'industrie, bien que les normes en vertu de la restriction des substances dangereuses (RoHS) ont entraîné la non-conformité de HASL. À son tour, HASL sans plomb est devenu l'option la plus acceptable en termes d'impacts sur l'environnement et la santé. Bien que HASL ait une longue histoire dans l'industrie et soit bien connu des ingénieurs, le plomb -free HASL est plus sûr à utiliser et répond mieux aux besoins des directives telles que RoHS.

Les finitions HASL sont créées en plongeant la carte dans une soudure à l'étain et au plomb ou à l'étain et au nickel et en la maintenant pendant un certain temps. Une fois le PCB retiré, des jets d'air chauds appelés lames d'air enlèvent la finition excédentaire. La finition HASL permet une grande fenêtre de traitement, mais divers facteurs peuvent affecter sa régularité et donc sa soudabilité. L'angle des lames d'air, la pression d'air et la vitesse d'entrée et de retrait de la carte PCB de la soudure influencent tous la qualité de la finition.

Vous trouverez des finitions de surface HAL et HASL sans plomb utilisées pour des applications telles que :

• Tests électriques : Les finitions HASL assurent une protection automatique des pastilles de test et des vias pendant les tests électriques des cartes de circuits imprimés.
• Soudage manuel : Les finitions HASL sont une option appropriée pour les processus de brasage manuel, car les joints sont facilement formables.
• Électronique haute performance : HASL est souvent un excellent choix pour les applications hautes performances et haute fiabilité, telles que les appareils aérospatiaux et militaires, en raison de sa capacité à former des joints solides.

2. OSP

Une finition de surface OSP est un exemple de finition de PCB organique. Il n'y a pas de toxines impliquées dans le processus, ce qui le rend respectueux de l'environnement tout en conservant ses propriétés protectrices et anticorrosives. En l'absence de produits chimiques nocifs, les cartes OSP sont également conformes à la directive RoHS. Cette finition à base d'eau offre une surface plane pour la fixation de composants PCB supplémentaires et, comme le processus HASL, elle est économique.

OSP peut être utilisé comme un remplacement efficace pour HASL sans plomb en raison de sa coplanarité. Lorsque vous avez besoin d'une finition de surface PCB qui fournira une planéité suffisante tout en offrant un processus de fabrication simple, OSP est sans doute le meilleur choix.

L'application d'une finition de surface OSP sur un PCB implique généralement une méthode chimique transportée ou une cuve de trempage verticale. Le processus ressemble généralement à ceci, avec des rinçages entre chaque étape :

1. Nettoyage : La surface en cuivre du PCB est nettoyée de l'huile, des empreintes digitales et d'autres contaminants qui pourraient affecter la planéité de la finition appliquée.
2. Amélioration de la topographie : La surface de cuivre exposée subit une micro-gravure pour augmenter la liaison entre la carte et l'OSP. Ce processus réduit également l'oxydation. Pour obtenir une épaisseur de film adéquate, la micro-gravure doit être maintenue à une vitesse constante.
3. Rinçage à l'acide : Le PCB subit un rinçage acide dans une solution d'acide sulfurique.
4. Demande OSP : À ce stade du processus, la solution OSP est appliquée au PCB.
5. Rinçage de désionisation : La solution OSP est infusée d'ions pour permettre une élimination facile lors du soudage. Ce rinçage doit être utilisé avant l'accumulation de conservateurs pour éviter le ternissement dû à la présence d'autres ions dans la solution OSP.
6. Sec : Une fois la finition OSP appliquée, le circuit imprimé doit être séché.

OSP propose un processus simple et abordable, mais il est également important de garder à l'esprit qu'il est extrêmement sensible à la manipulation et peut facilement retenir les rayures, ce qui peut dégrader sa soudabilité. De plus, sa durée de conservation est plus courte que celle de ENIG ou HASL.

Les utilisations courantes d'OSP incluent :

• Appareils à pas fin : Il est préférable d'appliquer cette finition aux appareils à pas fin en raison de l'absence de coussinets coplanaires ou de surfaces inégales.
• Cartes serveurs : Les utilisations d'OSP vont des applications bas de gamme aux cartes serveur haute fréquence. Cette grande variation de convivialité le rend adapté à de nombreuses applications. Il est également souvent utilisé pour la finition sélective.
• Technologie de montage en surface (SMT) : OSP fonctionne bien pour l'assemblage SMT, lorsque vous devez attacher un composant directement à la surface d'un PCB.

3. ENIG

Malgré le prix plus élevé de la finition de surface ENIG, il a un taux de réussite élevé pour la production de produits de haute qualité. Il résiste à plusieurs cycles thermiques, présente une grande soudabilité et est une option appropriée pour le fil Comme son nom l'indique, il se compose de deux couches de revêtement - nickel et or. Le nickel protège la couche de cuivre de base et permet une fixation sécurisée des composants électriques, tandis que l'or sert de mesure anti-corrosion pour le nickel.

ENIG peut être utilisé dans des situations où des tolérances serrées sont requises pour les éléments PCB comme les trous plaqués, car HASL n'est pas aussi efficace pour cela. Comme OSP, il offre une excellente planéité et est idéal pour le pas fin appareils.

L'application du revêtement ENIG nécessite le dépôt de nickel sur une surface de cuivre catalysée au palladium. L'étape d'immersion de l'or fait adhérer l'or au nickel par le biais d'un échange moléculaire. ENIG est similaire à OSP dans son inclusion de micro-gravure et de rinçage entre chaque étape - le processus comprend ces étapes :

1. Nettoyage.
2. Micro-gravure.
3. Pré-trempage.
4. Appliquer l'activateur.
5. Post-trempage.
6. Application du nickel autocatalytique.
7. Appliquer l'or d'immersion.

Les applications standard pour une finition de surface ENIG incluent :

• Composants de surface complexes : En raison de sa surface plane, ce type de finition est un choix préférable pour les composants PCB complexes nécessitant des surfaces lisses, comme les matrices à billes (BGA) ou les boîtiers plats quadruples (QFP).
• Câblage : Les finitions ENIG permettent une liaison par fil minimale pour les fils d'aluminium, bien qu'elles ne soient pas compatibles avec l'or.
• Applications à haute fiabilité : Vous trouverez souvent des finitions de surface ENIG utilisées pour les PCB dans des industries telles que l'aérospatiale, l'armée, la médecine et les consommateurs haut de gamme. Sa qualité le rend adapté aux applications où la précision et la durabilité sont essentielles.

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Avec autant de finitions de surface parmi lesquelles choisir, il peut être difficile de déterminer celle qui convient le mieux à l'application souhaitée. Heureusement, Millennium Circuits Unlimited peut vous aider tout au long du processus.

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