Introducción y comparación de acabados de superficie para PCB

Cuando realizas un pedido de PCBs, debes tener en cuenta, antes de la fabricación real de tus placas de circuito, elementos como el material del sustrato de PCB, la máscara de soldadura, la serigrafía, el acabado superficial, el tamaño y el grosor de la placa, el grosor del cobre, las vías ciegas y enterradas, el metalizado de orificios pasantes, el montaje SMT, los paneles, las tolerancias, etc. Entre esos elementos, la elección del acabado superficial pertenece a la primera categoría, ya que el acabado superficial desempeña un papel extremadamente importante en la fiabilidad de los productos electrónicos. Como la capa de cobre en las PCBs puede oxidarse fácilmente, la capa de óxido de cobre generada reducirá seriamente la calidad de la soldadura, lo que disminuirá la fiabilidad y la validez de los productos finales. El acabado superficial ayuda a evitar la oxidación de las almohadillas y garantiza una excelente soldabilidad y un buen rendimiento eléctrico.

El acabado de superficie, o recubrimiento de superficie, es el paso más importante en el proceso entreFabricación de placas PCBy ensamblaje de tarjetas de circuito con dos funciones principales, una de las cuales es preservar el circuito de cobre expuesto y la otra proporcionar una superficie soldable al soldar componentes a la PCB. Como se muestra en la Figura 1, el acabado de superficie se encuentra en la capa más externa de la PCB y por encima del cobre, desempeñando el papel de un “recubrimiento” para el cobre.

Tipos de acabado de superficie

Básicamente, existen dos tipos principales de acabados de superficie: metálicos y orgánicos. HASL, ENIG/ENEPIG, oro por inmersión y estaño por inmersión pertenecen todos a los acabados de superficie metálicos, mientras que OSP y la tinta de carbono pertenecen a los acabados de superficie orgánicos.

•HASL (Nivelación de Soldadura por Aire Caliente)

HASL es un tipo convencional de acabado superficial aplicado en las PCB. Normalmente, la PCB se sumerge en un baño de soldadura fundida para que todas las superficies de cobre expuestas queden cubiertas de soldadura. El exceso de soldadura se elimina pasando la PCB entre cuchillas de aire caliente. Por lo general, HASL sigue un procedimiento como el descrito en la Figura 2 a continuación:

Para cumplir con las normativas relativas a la protección del medio ambiente, el HASL se divide en dos subcategorías: HASL con plomo yHASL sin plomoEste último cumple en primer lugar con las normativas y leyes RoHS (restricciones de sustancias peligrosas) adoptadas inicialmente por la UE.

•ENIG y ENEPIG

ENIG, abreviatura de Electroless Nickel Immersion Gold, consiste en un recubrimiento de níquel químico sin corriente cubierto con una fina capa de oro por inmersión, que protege el níquel de la oxidación. ENEPIG, también conocido como Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold, se diferencia de ENIG en que se aplica una capa de paladio como capa de resistencia para evitar la oxidación del níquel y su difusión hacia la capa de cobre. En comparación con otros tipos de acabados de superficie, ENIG y ENEPIG proporcionan la mayor soldabilidad para las PCB, pero el costo es mucho más alto. La diferencia entre los procesos de fabricación de ENIG y ENEPIG se puede encontrar en la Figura 3 a continuación.

El paso de níquel químico es un proceso autocatalítico que implica depositar níquel sobre la superficie de cobre catalizada con paladio. Es necesario reponer el agente reductor que contiene iones de níquel para proporcionar la concentración, la temperatura y los grados de acidez adecuados necesarios para crear un recubrimiento uniforme. Durante el paso de oro por inmersión, el oro se adhiere a las áreas niqueladas mediante intercambio molecular, lo que protegerá el níquel hasta el proceso de soldadura. El espesor del oro debe cumplir ciertas tolerancias para garantizar que el níquel mantenga su soldabilidad.

ENIG y ENEPIG tienen respectivamente sus propias ventajas y desventajas. Por ejemplo, ENIG presenta una superficie plana, un mecanismo de proceso sencillo y resistencia a altas temperaturas, mientras que ENEPIG es capaz de soportar excelentes ciclos múltiples de refusión y ofrece una capacidad de unión por hilo altamente confiable. Basado encomparación entre ENIG y ENEPIG, pueden aplicarse en diferentes aplicaciones para distintos fines. ENIG es adecuado para la soldadura libre de plomo, SMT (tecnología de montaje superficial), encapsulado BGA (matriz de rejilla de bolas), etc., mientras que ENEPIG es capaz de cumplir estrictos requisitos de múltiples tipos de encapsulados, incluidos THT (tecnología de orificio pasante), SMT, BGA, unión por hilo, inserción a presión, etc.

•ImAg (Plata de inmersión)

ImAg consiste en un fino recubrimiento de plata de inmersión sobre las pistas de cobre. Normalmente, ImAg sigue el siguiente procedimiento:

ImAg es un buen tipo de acabado superficial para soldadura y pruebas. La corrosión por fluencia es su principal debilidad.

•ImSn (estañado por inmersión)

ImSn es en su mayoría igual que ImAg, excepto que se utiliza estaño en ImSn mientras que se utiliza plata en ImAg. En cuanto a las ventajas de ImSn, proporciona un acabado extremadamente plano en las almohadillas de cobre, lo que lo hace muy adecuado para aplicaciones SMT. Además, ImSn proporciona una superficie que es fácilmente detectable por los comunesInspección Óptica Automatizadatécnicas.

•OSP (Conservantes Orgánicos de Soldabilidad)

OSP es un tipo de acabado superficial con material orgánico transparente depositado. Utiliza un compuesto orgánico a base de agua que se une selectivamente al cobre y lo protege hasta el momento de la soldadura. Por lo general, el OSP sigue el siguiente proceso:

La descripción anterior no explica nada relacionado con OSP. Puedes consultar el artículocosas que apenas sabes sobre OSPpara obtener más detalles sobre la tecnología de acabado de superficie OSP.

En resumen, cada tipo tiene sus propias ventajas y desventajas. Debe seleccionar el acabado de superficie más adecuado según los propósitos de utilización de su producto electrónico, los requisitos de rendimiento, el costo, la resistencia a la corrosión, las pruebas ICT (prueba en circuito), el relleno de orificios, etc. Cuantos más elementos se tengan en cuenta durante la selección, más precisa será su conclusión.

Al comparar estos tipos de acabados de superficie, en términos generales, en cuanto a COSTE, ImAg y OSP son los más económicos, mientras que ENIG es el más costoso. En cuanto a RESISTENCIA A LA CORROSIÓN, HASL e ImSn tienen la mejor capacidad de resistencia a la corrosión, mientras que ImAg tiene la peor. En cuanto a ICT, solo OSP es el peor, mientras que los demás son igualmente buenos. En cuanto al RELLENO DE AGUJEROS, HASL y ENIG son mejores que los otros tipos.

Selección del acabado superficial

La selección del acabado superficial en las PCB es el paso más importante para la fabricación de PCB, ya que influye directamente en el rendimiento del proceso, el número de retrabajos, la tasa de fallos en campo, la capacidad de prueba, la tasa de desechos y el costo. Todas las consideraciones importantes sobre el ensamblaje deben tenerse en cuenta en la selección del acabado superficial para garantizar la alta calidad y el rendimiento de los productos finales.

En el proceso de ensamblaje de PCB, las personas en diferentes puestos tienen opiniones distintas sobre cómo seleccionar el acabado superficial, como se muestra en la imagen a continuación:

Aparentemente, las personas con diferentes cargos tienen distintos criterios de selección. Independientemente del tipo que se elija, este solo se adapta a los requisitos y la comodidad de las personas, con pocas consideraciones sobre la calidad, el rendimiento y la fiabilidad de las PCB y el ensamblaje de PCB.

Basado en la introducción de cada tipo de acabado de superficie anterior, algunos atributos son los elementos más importantes como criterio de selección. La siguiente tabla muestra los atributos que cada tipo de acabado de superficie TIENE y NO TIENE. Según los requisitos específicos y las características de los productos PCB, puede seguir esta tabla para seleccionar la opción de acabado de superficie perfecta.

En definitiva, en cuanto a la selección del tipo de acabado superficial, debe elegirse un tipo óptimo y se pueden lograr numerosas funciones. Cada tipo de acabado superficial tiene sus propias ventajas y desventajas. Pero no te preocupes. Existen algunos trucos de ingeniería como soluciones a los problemas causados por los inconvenientes del acabado superficial. Por ejemplo, respecto a la desventaja de que el OSP tiene una menor fuerza de humectación, hay algunas soluciones disponibles, como cambiar el recubrimiento de soldabilidad de la placa o la aleación de soldadura por ola, aumentar el precalentamiento del lado superior, etc. El punto clave es que deben considerarse todos los posibles elementos para obtener un rendimiento ideal.

Hoy en día, los problemas medioambientales se han vuelto cada vez más importantes en el ámbito de la electrónica. Con el fin de restringir las sustancias peligrosas generadas, la UE publicó la normativa RoHS. RoHS, también conocida como libre de plomo, significa Restricción de Sustancias Peligrosas. RoHS, también conocida como Directiva 2002/95/CE, se originó en la Unión Europea y restringe el uso de seis materiales peligrosos que se encuentran en productos eléctricos y electrónicos. Todos los productos aplicables en el mercado de la UE después del 1 de julio de 2006 deben cumplir con RoHS. RoHS afecta a toda la industria electrónica y también a muchos productos eléctricos. Por lo tanto, los acabados de superficie con soldadura libre de plomo tendrán más seguidores en el futuro.

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Recursos útiles
•Las directrices más completas para la selección del acabado superficial
•Comparación entre ENIG y ENEPIG
•Cosas que apenas sabes sobre OSP