Le cuivre a été choisi comme matériau conducteur pour les PCB (circuits imprimés) en raison de son excellente conductivité et de ses performances physiques. Cependant, la surface du cuivre a tendance à s’oxyder lorsqu’elle est exposée à l’air, ce qui entraîne la formation d’une couche d’oxyde solide et mince à la surface. Cela provoque le plus souvent des défauts au niveau des joints de soudure, réduisant ainsi la fiabilité du produit et raccourcissant sa durée de vie. Par conséquent, il est tout à fait nécessaire de mettre en œuvre des mesures de protection pour empêcher l’oxydation de la surface du cuivre, ce qui est la raison initiale de l’apparition des revêtements de surface, qui doivent être résistants à la chaleur et soudables. Jusqu’à présent, les revêtements de surface pour PCB se sont rapidement développés, donnant lieu à de nombreuses classifications, et le choix d’un type approprié reste un enjeu important. Ainsi, cet article abordera les fonctions et les classifications des revêtements de surface pour PCB et présentera quelques principes de sélection.
Qu’est-ce que le revêtement de surface PCB ?
•Importance du revêtement de surface des PCB
Pour empêcher la surface en cuivre des pastilles sur le PCB d’être oxydée et contaminée avant la soudabilité, il est d’une importance capitale d’appliquer un revêtement de surface (également appelé finition de surface) sur le cuivre afin d’assurer une fonction de protection.
Le cuivre présente la deuxième meilleure conductivité et de bonnes propriétés physiques (la meilleure étant l’argent), et, en plus de ses ressources abondantes et de son faible coût, il a donc été choisi comme matériau conducteur pour les circuits imprimés (PCB). Néanmoins, en tant que métal actif, le cuivre s’oxyde très facilement, de sorte qu’une couche d’oxyde (oxyde de cuivre ou oxyde cuivreux) a tendance à se former à sa surface, provoquant des défauts sur les joints de soudure qui réduisent la fiabilité du produit et raccourcissent sa durée de conservation.
Selon les statistiques, 70 % des défauts sur les circuits imprimés (PCB) proviennent des soudures pour les deux raisons suivantes :
Raison n°1: La pollution et l’oxydation des pastilles sur le PCB ont tendance à entraîner un brasage incomplet et des soudures froides.
Raison n°2: Une couche de diffusion a tendance à se former en raison de la diffusion entre l’argent et le cuivre, tandis qu’un composé intermétallique (IMC) a tendance à se former entre l’étain et le cuivre, rendant l’interface lâche et fragile.
Par conséquent, la surface de cuivre prête à être soudée doit être dotée d’une couche de protection ayant une fonction de soudabilité ou d’isolation afin que les défauts puissent être atténués ou évités.
•Exigence concernant le revêtement de surface du PCB
Le revêtement de surface sur le plot de PCB doit être compatible avec l’exigence suivante :
a. Résistance à la chaleur
Sous la haute température lors du brasage, la finition de surface doit également être capable d’empêcher l’oxydation de la surface des pastilles du PCB et de permettre à la brasure d’entrer en contact direct avec le cuivre.
La résistance à la chaleur du revêtement organique de surface se réfère aux performances en termes de point de fusion et de température de décomposition thermique. Le point de fusion du revêtement de surface doit être proche ou inférieur à celui de l’étain, tandis que sa température de décomposition thermique doit être bien supérieure au point de fusion et à la température de brasage de la brasure. Ainsi, l’oxydation ne se produira pas sur la surface du cuivre pendant le brasage.
b. Couverture
Fondamentalement, la finition de surface du PCB doit pouvoir recouvrir complètement la surface du plot en cuivre sans être oxydée ni contaminée avant et pendant la soudure. Elle ne doit pas se déplacer, se décomposer ni flotter à la surface des joints de soudure. Ainsi, pour s’assurer que la soudure en fusion puisse être entièrement soudée sur le plot, la tension de surface du revêtement de surface en fusion doit être faible et sa température de décomposition élevée, de manière à garantir une grande capacité de couverture avant et pendant la soudure.
c. Résidu
Le résidu mentionné ici fait référence au résidu laissé sur la surface du tampon ou des joints de soudure après l’exécution de l’opération de soudage. De manière générale, ce résidu est dangereux et doit être éliminé, c’est pourquoi des mesures de nettoyage sont généralement prises après la soudure.
d. Corrosivité
La corrosivité ici fait référence à la corrosion causée par la soudure résiduelle sur la surface de la carte de circuit après le brasage, telle que le matériau du substrat PCB ou la couche métallique.
e. Préoccupations environnementales
De nos jours, les préoccupations environnementales suscitent une attention de plus en plus grande de la part de l’industrie. En ce qui concerne le revêtement de surface des PCB, les effluents générés pendant l’application du revêtement ainsi qu’après le nettoyage et le brasage doivent être faciles à traiter et respectueux de l’environnement.
Comment le revêtement de surface des PCB est-il classé ?
•Basé sur la technologie de fabrication
En fonction de la technologie de fabrication, la finition de surface des PCB peut être classée en revêtement de surface et revêtement métallique.
a. Revêtement de surface
Le revêtement de surface désigne le processus consistant à ajouter, par une méthode physique, une fine couche à la fois résistante à la chaleur et soudable sur la surface du cuivre. La principale caractéristique du revêtement de surface réside dans le fait qu’une surface de cuivre pur peut être fournie à la brasure pour le soudage pendant le processus de brasage. La finition de surface, comme le HASL (Hot Air Solderability Level) ouOSP (revêtement organique de préservation de soudabilité), appartient à cette classification.
b. Revêtement métallique
Le revêtement métallique désigne le procédé par lequel un revêtement métallique résistant à la chaleur et soudable est formé sur la surface en cuivre pur du pad sur le PCB par des méthodes de placage chimique et de galvanoplastie, telles que l’ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), l’ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold), l’Immersion Gold, etc.
•Basé sur l’effet de l’application
En fonction des effets d’application, la finition de surface peut être classée en trois catégories : flux de soudure soudé sur le revêtement de la couche isolante, flux de soudure soudé sur le revêtement métallique de la couche de diffusion et flux de soudure soudé sur la couche isolante du revêtement métallique.
Catégorie #1: Le flux de soudure est soudé sur le revêtement de la couche isolante.
La principale caractéristique de ce type de revêtement de surface est que la brasure en fusion dérive à la surface de la brasure après avoir quitté le cuivre lors du brasage à haute température. Cependant, un IMC sera généré à l’interface du joint de brasage, ce qui augmentera la probabilité de défauts.
Catégorie n°2: Le flux de soudure est soudé sur le revêtement métallique de la couche de diffusion.
L’avènement de ce type de technologie vise à éliminer l’IMC, mais il présente des inconvénients évidents. D’une part, il tend à provoquer une diffusion ; d’autre part, il a tendance à rendre la carte sujette à la fragilité, ce qui entraîne ensuite l’apparition de défauts dans le circuit.
Catégorie n°3: Le flux de soudure est soudé sur la couche isolante du revêtement métallique.
Le principal avantage de ce type de technologie est que la brasure est soudée sur la surface de la couche isolante du revêtement métallique plutôt que directement sur la surface en cuivre. Par conséquent, un IMC stable ne sera pas généré à l’interface et aucune diffusion ne sera provoquée entre les métaux.
Comment choisir le revêtement de surface d’un PCB ?
Une grande attention doit être portée au revêtement de surface des PCB, car il est étroitement lié à la soudabilité, à la fiabilité et à la durée de stockage des PCB. Il doit être particulièrement choisi en fonction des conditions et des domaines d’application.
En raison des différentes propriétés et de l’effet d’application des revêtements de surface, ils doivent être choisis en fonction des exigences d’utilisation et des domaines d’application spécifiques lors deProcessus de fabrication des PCBet la complexité de fabrication ainsi que le coût ne peuvent pas être les principaux critères de jugement.
D’une manière générale, pour les produits électroniques destinés à l’industrie civile ou à l’industrie ordinaire, il convient de choisir un revêtement de surface dont le flux de brasage est soudé sans couche isolante, comme le HASL, l’OSP, etc.
En ce qui concerne les applications visant une haute fiabilité et une longue durée de conservation, comme les soins médicaux, le transport, le domaine militaire, l’aérospatiale, etc., il convient toutefois de choisir un revêtement de surface dont le flux de brasage est soudé sur la couche isolante, telle queENIG et ENEPIG.
