Las PCB (placas de circuito impreso) sin plomo se exigieron inicialmente solo para el cumplimiento de la normativa RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas) de la UE (Unión Europea), que requiere que todos los productos electrónicos cumplan con las regulaciones RoHS. Como resultado, la fabricación de PCB comenzó a pasar de usar plomo a ser libre de plomo.
El plomo en las uniones de soldadura proviene principalmente de los pines chapados de los componentes, las almohadillas chapadas de la PCB y la propia soldadura. Para garantizar que el contenido de plomo en las uniones de soldadura cumpla con las normativas ROHS (la fracción en masa debe ser inferior al 0,1%),acabado superficialaplicado en PCB, por lo tanto, tiene que ser compatible con procesos libres de plomo. En este momento, se han desarrollado un par de acabados de superficie para lograr una fabricación libre de plomo y ENIG, ImAg, ImSn y OSP son los más ampliamente aplicados.
Dado que cada tipo de acabado de superficie presenta sus propias ventajas y desventajas, es importante tener claro qué tipo de acabado de superficie es óptimo para tus proyectos. Por lo tanto, este artículo comparará los cuatro tipos de acabados de superficie principalmente en función del análisis de las condiciones de aplicación, el costo, la compatibilidad con los requisitos libres de plomo, la vida útil, la soldabilidad, etc., de modo que puedas determinar el acabado de superficie óptimo para tus PCB sin plomo.
ENIG
ENIG es la abreviatura de Níquel Químico/Oro de Inmersión y su estructura se muestra a continuación.
• Descripción general
Como acabado superficial libre de plomo, el ENIG presenta algunas VENTAJAS evidentes, como un largo tiempo de almacenamiento, una excelente soldabilidad y una superficie plana. Su principal DESVENTAJA radica en el costo relativamente alto y el riesgo de “black pad”.
• Almohadilla negra
La almohadilla negra es en realidad un defecto que se produce en las uniones de soldadura con ENIG aplicado, y que resulta del hecho de que la capa de níquel sufre una erosión severa. Debido a que la capa de níquel dañada se ve gris y negra, se la denomina almohadilla negra.
La principal desventaja del black pad radica en que es difícil de eliminar. Además, no puede ser inspeccionado a simple vista. Por lo tanto, añade una mayor amenaza a la fiabilidad de los productos.
• Discusión de desventajas
a. No humectabilidad
La no humectabilidad es la causa directa del “black pad”. En términos generales, la PCB con recubrimiento ENIG que sufre de “black pad” no puede soportar los efectos del estrés. Como resultado, una vez que los productos pasan por pruebas de ciclos de alta y baja temperatura, pruebas de vibración y el enchufado y desenchufado diario, las uniones de soldadura sufrirán fracturas, reduciendo la fiabilidad de los productos.
b. Tendencia a la erosión
Las uniones de soldadura con ENIG tienden a erosionarse más fácilmente en ambientes húmedos porque la capa de oro es muy delgada y presenta microporos. Sin embargo, el oro no se erosiona; es la capa de níquel debajo de la capa de oro la que sufre la erosión.
• Resumen
Im-Sn
Im-Sn es una forma abreviada de estañado por inmersión que se logra mediante una reacción de desplazamiento para formar una capa de estaño puro en la superficie del cobre. Debido a la reacción de desplazamiento, el espesor del acabado superficial es limitado, normalmente de 1 μm.
• Discusión de desventajas
a. No resistente al almacenamiento
Incluso a temperatura normal, la capa de estaño y la matriz de cobre tienden a difundirse entre sí. A temperatura ambiente, la velocidad de difusión del estaño se mantiene aproximadamente en el rango de 0,144 a 0,166 nm/s y puede almacenarse a temperatura ambiente durante 30 días. Además, el espesor del estaño se perderá en 0,23 μm al convertirse en IMC. Después del refusión de la soldadura, su espesor se reducirá en más de 0,8 μm. Cuando se necesita almacenar durante 180 días, la soldadura debe realizarse tres veces. El espesor mínimo de Im-Sn debe ser superior a 1,28 μm. Sin embargo, esto normalmente no se logra y el espesor habitual es de solo 1,15 μm.
b. Cambio de color
A medida que la temperatura aumenta constantemente en el proceso de soldadura, la capa de Im-Sn tiende a cambiar de color, como resultado de contaminantes orgánicos o de la oxidación del estaño. En términos generales, cuanto más grueso se vuelve el dióxido de estaño, más intenso será su color.
c. No apto para ensamblaje de paso fino
Debido a que la solución química de estañado tiene un efecto negativo en la mayoría de las máscaras de soldadura, la máscara de soldadura no puede ser demasiado pequeña. De lo contrario, se romperá. Por lo tanto, el Im-Sn no funciona en el ensamblaje de paso fino.
d. Bigotes de estaño
Los filamentos de estaño son para Im-Sn lo que las almohadillas negras son para ENIG. Los filamentos de estaño suelen aparecer en Im-Sn y el espaciado entre las almohadillas puede establecerse en más de 0,4 mm.
e. Ataque de solución
Debido al ataque de la solución química, la tinta que rellena los orificios tiende a sufrir fracturas que a menudo retienen algo de solución, la cual será expulsada durante el proceso de soldadura por refusión, reduciendo gravemente la apariencia y la fiabilidad.
• Resumen
Im-Ag
Im-Ag es una forma abreviada de plata por inmersión que tiene como objetivo generar una capa de plata debido al efecto de la solución. En lugar de una capa de plata pura, Im-Ag contiene una sustancia orgánica cuya fracción en masa es aproximadamente del 30%.
• Discusión de desventajas
a. Microcavidad
Tienden a formarse microcavidades cuyo diámetro es inferior a 0,05 mm en la superficie de plata. Estas cavidades reducirán drásticamente la resistencia de la unión de soldadura, lo cual es especialmente evidente cuando la PCB sufre impactos. Como resultado, los productos finales pueden incluso fallar.
b. Erosión reptante
La erosión progresiva es un defecto principal cuando se aplica Im-Ag como acabado de superficie. Debido a que el acoplamiento galvánico es causado por la combinación de cobre expuesto en el borde de la máscara de soldadura y la superficie de plata de área extensa, tiende a generarse corrosión electroquímica en condiciones de humedad.
c. Migración de Plata
La migración de plata suele producirse en circuitos de película gruesa o en el interior de los CI.
d. Cambio de color
El color de la superficie de la placa recubierta con plata por inmersión tiende a volverse amarillo o negro después de estar expuesta al aire. El cambio de color se produce en el aire principalmente porque hay pequeños orificios en la superficie de la plata y el cambio de color ocurre cuando los halógenos presentes en el aire reaccionan con esos orificios de plata.
Además de esta causa de cambio de color, a veces el color de la superficie cambia después de la soldadura. Hay dos elementos que provocan el cambio de color posterior a la soldadura: el espesor del recubrimiento y el tiempo de exposición. Se ha comprobado que el aumento del espesor del recubrimiento es beneficioso para mejorar la resistencia al cambio de color y que acortar el tiempo de exposición también puede detener relativamente el cambio de color de la superficie.
• Resumen
OSP
OSPes la abreviatura de Conservantes de Soldabilidad Orgánica. El OSP es en realidad una capa de película orgánica generada sobre la superficie limpia de cobre mediante un proceso químico. Se utiliza para proteger la superficie de cobre de la oxidación. Además, puede resistir el choque térmico y mantiene la humectabilidad.
• Desafíos que enfrentará el OSP después de la soldadura
Desafío n.º 1
Bajo la alta temperatura del horno de soldadura por refusión, casi no se produce volatilización, de modo que la pérdida de masa no es inferior al 10%, lo que indica que se puede utilizar el espesor mínimo en el OSP.
Desafío n.º 2
El OSP no se descompondrá a una temperatura de 260 ℃. En el proceso, el OSP se convierte directamente de sólido a gas sin generar calor.
Desafío n.º 3
El OSP tiende a reaccionar con el oxígeno durante el proceso de soldadura.
Desafío n.º 4
Tan pronto como el OSP entra en el horno de soldadura, es fácil que adquiera un color óxido y que su soldabilidad se deteriore.
Desafío n.º 5
La OSP tiende a volverse difícil de eliminar con el flux aplicado, por lo que se debe usar un flux más fuerte en su lugar.
• Resumen
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