El cobre ha sido seleccionado como material conductor para las PCB (Placas de Circuito Impreso) debido a su excelente conductividad y rendimiento físico. Sin embargo, la superficie de cobre tiende a oxidarse cuando se expone al aire, formándose en la superficie una capa de óxido sólida y delgada, lo que en la mayoría de los casos provoca defectos en las uniones de soldadura y, posteriormente, reduce la fiabilidad del producto y acorta su vida útil. Por lo tanto, es muy necesario implementar medidas de protección para evitar que la superficie de cobre se oxide, lo cual es la razón original de la aparición de los recubrimientos superficiales que deben ser resistentes al calor y soldables. Hasta ahora, los recubrimientos superficiales para PCB se han desarrollado rápidamente, generando numerosas clasificaciones, y la forma de seleccionar un tipo adecuado sigue siendo importante. Así pues, este artículo analizará las funciones y clasificaciones de los recubrimientos superficiales para PCB e introducirá algunos principios de selección.
¿Qué es el recubrimiento superficial de PCB?
•Importancia del recubrimiento de la superficie de PCB
Para evitar que la superficie de cobre de las almohadillas en la PCB se oxide y se contamine antes del proceso de soldadura, es de importancia crucial aplicar un recubrimiento superficial (también llamado acabado superficial) sobre el cobre para desempeñar una función protectora.
El cobre presenta la segunda mejor conductividad y propiedades físicas (la mejor es la plata), además de sus abundantes reservas y bajo costo, por lo que se ha seleccionado como material conductor para las PCB. Sin embargo, como tipo de metal activo, el cobre se oxida con tanta facilidad que tiende a generarse una capa de óxido (óxido de cobre o óxido cuproso) en la superficie, lo que provoca defectos en las uniones de soldadura que reducirán la fiabilidad del producto y acortarán su vida útil.
Según las estadísticas, el 70% de los defectos en las placas PCB provienen de las uniones de soldadura debido a las siguientes dos razones:
Razón n.º 1La contaminación y la oxidación que se producen en las almohadillas de la PCB tienden a provocar soldaduras incompletas y uniones frías.
Razón n.º 2: La capa de difusión tiende a generarse debido a la difusión entre la plata y el cobre, mientras que el compuesto intermetálico (IMC) tiende a formarse entre el estaño y el cobre, lo que hace que la interfaz sea suelta y frágil.
Por lo tanto, la superficie de cobre lista para ser soldada debe implementar una capa protectora con función de soldabilidad o de aislamiento, de modo que los defectos puedan reducirse o evitarse.
•Requisito sobre el recubrimiento de la superficie de la PCB
El recubrimiento superficial en la almohadilla del PCB debe ser compatible con el siguiente requisito:
a. Resistencia al calor
Bajo la alta temperatura durante el proceso de soldadura, el acabado de la superficie también debe ser capaz de evitar que la superficie de las almohadillas de la PCB se oxide y permitir que la soldadura tenga contacto directo con el cobre.
La resistencia al calor del recubrimiento orgánico de superficie se refiere al comportamiento del punto de fusión y de la temperatura de descomposición térmica. El punto de fusión del recubrimiento de superficie debe ser cercano o inferior al del estaño, mientras que su temperatura de descomposición térmica debe ser muy superior al punto de fusión y a la temperatura de soldadura de la soldadura. Como resultado, no se producirá oxidación en la superficie de cobre durante la soldadura.
b. Cubribilidad
Básicamente, el acabado de superficie de la PCB puede cubrir completamente la superficie de la almohadilla de cobre sin oxidarse ni contaminarse antes y durante la soldadura. No se desplazará, descompondrá ni flotará sobre la superficie de las uniones de soldadura. Por lo tanto, para asegurar que la soldadura fundida pueda unirse completamente a la almohadilla, la tensión superficial del recubrimiento superficial fundido debe ser baja y la temperatura de descomposición debe ser alta, de modo que se pueda garantizar una alta capacidad de cobertura antes y durante la soldadura.
c. Residuo
Aquí, el residuo se refiere al residuo que queda en la superficie de la almohadilla o de las uniones de soldadura después de realizar el proceso de soldadura. En términos generales, el residuo es peligroso y debe eliminarse, razón por la cual normalmente se llevan a cabo medidas de limpieza después de la soldadura.
d. Corrosividad
La corrosividad aquí se refiere a la corrosión causada por la soldadura residual en la superficie de la placa de circuito después de la soldadura, como el material del sustrato de PCB o la capa metálica.
e. Preocupaciones medioambientales
Hoy en día, las preocupaciones medioambientales están despertando una atención cada vez mayor por parte de la industria. Cuando se trata del recubrimiento de superficies en PCB, los efluentes generados durante el proceso de recubrimiento y después de la limpieza y la soldadura deben ser fáciles de tratar y respetuosos con el medio ambiente.
¿Cómo se clasifica el recubrimiento superficial de PCB?
•Basado en la tecnología de fabricación
Según la tecnología de fabricación, el acabado de superficie de PCB puede clasificarse en recubrimiento de superficie y recubrimiento metálico.
a. Recubrimiento de superficie
El recubrimiento de superficie se refiere al proceso de añadir, mediante un método físico, una capa delgada que sea a la vez resistente al calor y soldable sobre la superficie de cobre. La principal característica del recubrimiento de superficie radica en que puede proporcionar una superficie de cobre puro para que el estaño se adhiera durante el proceso de soldadura. El acabado de superficie, como HASL (Hot Air Solderability Level) oOSP (Conservante Orgánico de Soldabilidad)pertenece a esta clasificación.
b. Recubrimiento metálico
El recubrimiento metálico se refiere al proceso mediante el cual se genera un recubrimiento metálico resistente al calor y soldable sobre la superficie de cobre puro de la almohadilla en la PCB mediante deposición química (electroless) y galvanoplastia, como ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold), oro por inmersión, etc.
•Basado en el efecto de la aplicación
Según los efectos de aplicación, el acabado superficial puede clasificarse en tres categorías: fundente de soldadura soldado sobre el recubrimiento en la capa aislante, fundente de soldadura soldado sobre el recubrimiento metálico en la capa de difusión y fundente de soldadura soldado sobre la capa aislante del recubrimiento metálico.
Categoría n.º 1: El fundente de soldadura se suelda sobre el recubrimiento de la capa aislante.
La principal característica de este tipo de recubrimiento superficial es que la soldadura fundida se desplazará sobre la superficie de la soldadura después de separarse del cobre durante el proceso de soldadura a alta temperatura. Sin embargo, se generará IMC en la interfaz de la unión de soldadura, lo que aumentará la posibilidad de defectos.
Categoría n.º 2: El fundente de soldadura se suelda sobre el recubrimiento metálico en la capa de difusión.
La aparición de este tipo de tecnología tiene como objetivo eliminar el IMC, pero presenta desventajas evidentes. Por un lado, tiende a provocar difusión; por otro lado, tiende a hacer que la placa sufra fragilidad, lo que posteriormente provoca la aparición de defectos en el circuito.
Categoría n.º 3: El fundente de soldadura se suelda sobre la capa aislante del recubrimiento metálico.
El principal mérito de este tipo de tecnología es que la soldadura se realiza sobre la superficie de la capa aislante del recubrimiento metálico en lugar de directamente sobre la superficie de cobre. Por lo tanto, no se generará un IMC estable en la interfaz y no se producirá difusión entre los metales.
¿Cómo seleccionar el recubrimiento superficial de PCB?
Se debe prestar gran atención al recubrimiento de la superficie de la PCB, ya que está estrechamente relacionado con la soldabilidad, la fiabilidad y la vida útil de la PCB. Debe seleccionarse específicamente en función de las condiciones y los campos de aplicación.
Debido a las diferentes propiedades y al efecto de aplicación de los recubrimientos superficiales, se deben seleccionar de acuerdo con los requisitos de aplicación y los campos de aplicación específicos duranteProceso de fabricación de PCBy la complejidad y el costo de fabricación no pueden ser la base principal de evaluación.
En términos generales, para productos electrónicos destinados a la industria civil o a la industria ordinaria, se debe seleccionar un recubrimiento superficial cuyo flux de soldadura se suelde sin capa aislante, como HASL, OSP, etc.
En cuanto a las aplicaciones que buscan alta fiabilidad y una larga vida útil, como la atención médica, el transporte, el ámbito militar, aeroespacial, etc., sin embargo, se debe seleccionar un recubrimiento superficial cuyo flux de soldadura se suelde sobre la capa aislante, comoENIG y ENEPIG.
