Guide ultime sur la finition de surface des circuits imprimés - Comment choisir celui qui convient le mieux

Finition de surface du circuit imprimé - L'un des aspects les plus critiques de la carte de circuit imprimé (PCB) est la finition de surface. La finition appliquée en PCB détermine son efficacité ainsi que sa longévité. Mais avec pas mal d'options disponibles, comment choisir l'idéal ? Lisez la suite pour le savoir.

1. Finition de surface du circuit imprimé —Qu'est-ce que la finition de surface des PCB ?

Une finition de surface de PCB est le revêtement entre la carte de circuit imprimé nue et un composant. Les PCB ont des finitions en cuivre susceptibles de s'oxyder et de se détériorer si elles ne sont pas protégées. À cette fin, il devient nécessaire d'appliquer une finition à deux fins cruciales :

• Pour protéger la surface et les circuits en cuivre

• Pour préparer la surface pour souder les composants associés lors de l'assemblage

Voyons maintenant les traitements de surface spécifiques et les différences entre eux.

2. Finition de surface du circuit imprimé —7 types de finition de surface de PCB et comparaison

Il existe sept types de finitions de surface de PCB, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients :

• Nivellement de soudure à air chaud (HASL)

HASL est la finition de surface la plus courante. C'est aussi le plus abordable. Le processus d'application consiste à plonger le PCB dans une solution de soudure fondue, puis à souffler le résidu à l'aide d'une lame à air chaud. La résolution de la soudure fondue est constituée d'alliages de plomb et d'étain.

Avantages

L'avantage le plus important de la finition de surface HASL est qu'elle est économique. D'autres avantages incluent :

• Il permet une plus grande fenêtre de traitement
• Il s'applique à une large gamme de PCB
• Le fournit une excellente soudabilité

Inconvénients

Comme mentionné, cette finition de surface consiste à plonger la carte dans une solution de soudure fondue composée de plomb et d'étain. Cela le rend inadapté aux panneaux qui exigent la conformité RoHS. Cette lacune est liée à d'autres inconvénients, notamment :

• Il y a une différence d'épaisseur entre les grands et les petits tampons
• Ne convient pas aux produits HDI
• Cela provoque un pontage sur les pas fins
• Il ne convient pas aux BGA et SMD mesurant moins de 20 mil de diamètre
• HASL sans plomb

L'HASL sans plomb est la finition de surface la plus populaire utilisée sur les PCB aujourd'hui. Il est appliqué en immergeant le PCB dans un alliage de plomb fondu, ou un alliage de plomb d'étain ou un alliage d'étain de plomb ou un alliage d'étain, ce qui garantit que toute la surface est recouverte. Des lames d'air sont ensuite utilisées pour souffler les résidus pour un revêtement uniforme.

Avantages

L'un des avantages les plus importants de l'HASL sans plomb est qu'il expose les problèmes de délaminage potentiels en exposant le PCB à des températures d'environ 2650C. D'autres avantages incluent :

• Est largement disponible
• C'est écologique
• Assure la durabilité
• Il est retravaillable
• C'est abordable

Inconvénients

• Peut créer un choc thermique
• Cela peut entraîner des surfaces inégales
• N'est pas idéal pour le pitch fin
• Cela peut ponter les soudures
• Il réduit le PTH (trous bouchés)
• Étain d'immersion (ISN)

L'étain à immersion est la finition de surface idéale pour les produits à pas fin, plans, fonds de panier et ajustement serré. L'ISN est appliqué en initiant une réaction de déplacement chimique avec la surface en cuivre du PCB.

Finition de surface des PCB – Avantages

L'étain à immersion présente un large éventail d'avantages qui compensent largement ses inconvénients. Ils incluent :

• crée une surface uniforme, contrairement au HASL sans plomb
• Il peut être retravaillé
• Elle peut remplacer la soudure par refusion
• Est hautement fiable
• Il est idéal pour une large gamme de PCB

Inconvénients

L'étain et le cuivre ont une forte affinité l'un envers l'autre. Cela signifie que la diffusion de l'un de ces métaux dans l'autre est inévitable. Le résultat est une durée de conservation plus courte par rapport à la plupart des autres finitions de surface de PCB. Cela peut également limiter les performances du PCB. C'est son défaut le plus important. D'autres lacunes incluent :

• pas idéal pour PTH
• Peut être retravaillé, mais dans une mesure limitée en raison de sa courte durée de conservation
• Il en résulte des moustaches d'étain
• Peut endommager le masque de soudure
• Il est difficile à gérer et peut entraîner un large éventail de dommages
• Il peut être malsain pour les manipulateurs car il contient un agent cancérigène connu sous le nom de Thoreau

Coût de l'étain d'immersion

• Argent d'immersion (IAG)

Immersion Silver est très populaire depuis l'adoption des directives WEEE et RoHS. Il est considéré comme une excellente alternative à l'ENIG pour plusieurs raisons, la principale étant qu'il est idéal pour le pas fin. L'argent par immersion est principalement utilisé pour le soudage des fils d'aluminium, les commutateurs à membrane et le blindage EMI.

Avantages

L'un des principaux avantages de l'argent par immersion est qu'il contient de l'OSP, qui empêche le ternissement. Cependant, cela rend également nécessaire l'emballage du PCB immédiatement après l'application, car l'OSP est sensible aux contaminants sur la carte. Les avantages de l'argent par immersion incluent :
Il est conforme aux directives et exigences RoHS

• Convient au pas fin
• La durée de conservation modérée d'environ 12 mois
• Très stable par rapport aux autres finitions de surface
• Idéal pour les planaires
• Il est abordable et rentable

Finition de la surface du PCB – Inconvénients

Comme mentionné précédemment, la présence d'OSP rend l'argent d'immersion susceptible de ternir, ce qui est son défaut le plus important. D'autres lacunes incluent :

• Cela peut entraîner des moustaches argentées
• Il n'est pas adapté à l'interaction compliant-pin car il a un coefficient de fraction élevé
• Certains de ses systèmes ne peuvent pas intégrer des ratios d'aspect de micro vias de 1:1
• Or par immersion au nickel autocatalytique (ENIG)
  

L'immersion autocatalytique au nickel devient rapidement populaire dans l'industrie des PCB car elle surmonte bon nombre des lacunes importantes associées aux autres finitions de surface. ENIG a un processus de candidature en deux parties. Tout d'abord, une couche de nickel est appliquée pour servir à la fois de barrière au cuivre et de surface appropriée sur laquelle les composants peuvent être soudés. Une autre couche d'or est ensuite utilisée pour protéger la couche de nickel pendant le temps de stockage de la carte.

Finition de surface des PCB – Avantages

L'avantage le plus important d'ENIG est qu'il est idéal pour la nouvelle et prochaine génération de composants de surface complexes, y compris les puces retournées et les BGA; d'autres finitions de surface présentent des défauts qui limitent leur application dans ces nouveaux panneaux. D'autres avantages incluent :

• Est idéal pour les surfaces planes car les couches de nickel et d'or sont minces et uniformes
• Il ne contient pas de plomb
• Idéal pour les PTH
• Il a une longue durée de conservation

Inconvénients

Bien que Bien que Bien que l'ENIG ait une longue durée de vie, il a également été associé au «syndrome du tampon noir», un problème courant qui entraîne l'accumulation de phosphore entre les couches de nickel et d'or, entraînant ainsi des fractures ainsi que des connexions de carte défectueuses. Le seul autre inconvénient majeur est qu'il n'est pas idéal pour les retouches.

• Nickel Palladium (ENEPIG)

La finition de surface des circuits imprimés au nickel palladium (ENEPIG) est une mise à niveau de l'ENIG. Dans ENIG, il a été démontré que l'or par immersion détruit la couche de nickel. ENEPIG introduit une couche de placage de palladium entre les couches d'or et de nickel.

Avantages

ENEPIG a été surnommée la "finition universelle" car elle s'applique à de nombreuses planches modernes et très avancées avec plusieurs ensembles de surfaces. Il est livré avec une gamme d'avantages qui incluent :

• Cela donne une surface plane.
• Facile à traiter
• Il n'a pas d'effet toxique sur la peau.
• Il ne contient pas de plomb.
• Idéal pour plusieurs cycles de refusion
• Il est hautement compatible avec les soudures Sn-Ag-Cu.
• Il a une longue durée de conservation.

Inconvénients

• Cela entraîne souvent l'apparition d'un tampon noir
• Il réduit la fiabilité du joint de soudure
• La couche de palladium est trop épaisse pour supporter les performances de soudabilité
• Prend plus de temps à mouiller par rapport aux autres finitions de surface
• Il est affecté par les conditions de placage
• C'est cher par rapport à la plupart des autres finitions de surface
  OSP (préservateur de soudabilité organique)

OSP est une finition de surface organique à base d'eau. Il est sélectif dans sa liaison avec le cuivre et rend également le PCB soudable.

Finition de surface des PCB – Avantages

La finition de surface OSP se distingue par son respect de l'environnement car elle est organique et à base d'eau. Il facilite également l'application et le processus est relativement court et simple par rapport aux autres finitions de surface. Ses avantages incluent :

• Fournit une surface uniforme et coplanaire
• Nécessite peu d'entretien de l'équipement
• Il ne contient pas de plomb
• Il est réparable

Inconvénients

L'OSP est organique et à base d'eau, ce qui le rend assez sensible aux dommages lors de la manipulation. Il est lié à plusieurs autres lacunes :

• Sa durée de conservation est courte

• C'est terrible pour la PTH

Finition de surface de PCB – Comment choisir les finitions de surface de PCB

Les différences entre ces types de finitions de surface de PCB les rendent appropriés et inadaptés à des utilisations spécifiques. À cette fin, quiconque cherche à appliquer la finition de surface idéale doit tenir compte de plusieurs facteurs :

• Finition de la surface du PCB – Planéité du tampon

Comme mentionné plusieurs fois, certaines finitions de surface entraînent des surfaces inégales qui peuvent entraver les performances, la soudabilité et d'autres facteurs. Si la planéité est un facteur important, considérez les finitions de surface qui ont des couches minces et régulières. Les options appropriées, dans ce cas, incluent ENIG, ENEPIG et OSP.

• Soudabilité et mouillabilité

La soudabilité est toujours un facteur crucial lorsque l'on travaille avec des PCB. Il a été démontré que des finitions de surface spécifiques telles que OSP et ENEPIG entravent la soudabilité, tandis que d'autres telles que HASL sont idéales pour cela.

• Câblage par fil d'or ou d'aluminium

Si votre PCB nécessite une liaison par fil d'or ou d'aluminium, vos options peuvent être limitées à ENIG et ENEPIG.

• Conditions de stockage

Comme mentionné, certaines finitions de surface telles que l'OSP rendent les PCB fragiles lors de la manipulation tandis que d'autres améliorent la durabilité. Il convient d'en tenir compte au préalable lors de la prise en compte des exigences de stockage et de manutention. Ce n'est que lorsque les exigences de stockage et de manipulation sans risque peuvent être satisfaites que les finitions de surface qui rendent les PCB délicats doivent être appliquées.

• Cycles de soudure

Combien de fois le PCB sera-t-il soudé et retravaillé ? Comme indiqué, de nombreuses finitions de surface sont idéales pour les retouches. D'autres, comme l'étain à immersion, ne sont cependant pas idéaux pour le remaniement.

• Finition de la surface du PCB – Conformité RoHS

La conformité RoHS est cruciale lors de la détermination de la finition de surface à utiliser. En règle générale, toutes les finitions de surface qui utilisent du plomb ne sont pas conformes à la directive RoHS et doivent être évitées.

Conclusion

Comme indiqué, chaque type de finition de surface possède des éléments uniques qui le distinguent des autres. Ces éléments rendent ces finitions à la fois adaptées et inadaptées à des applications spécifiques, et l'option idéale dépend finalement de la composition du PCB.

Chez WellPCB, nous avons une vaste expérience des cartes PCB et des finitions de surface. Contactez-nous pour en savoir plus sur les différents types de surfaces de PCB et plus encore ! Nous serions ravis de vous aider à trouver la finition de surface idéale pour votre circuit imprimé.