Nel complesso mondo della progettazione di PCB eproduzione elettronica, ci si trova spesso di fronte all’importante decisione di scegliere tra la placcatura in oro duro e quella in oro morbido. La scelta qui non riguarda la selezione di una finitura superficiale, ma il potenziamento strategico delle prestazioni, della durata e dell’affidabilità dei componenti elettronici.
Comprendere la doratura nell’elettronica
La doratura è il deposito di uno strato sottile d’oro su componenti elettronici, solitamente tramite elettrodeposizione, grazie alla sua elevata conducibilità elettrica, resistenza alla corrosione e integrità del segnale. Tuttavia, non tutte le dorature in oro sono uguali. La doratura in oro duro prevede la lega dell’oro con metalli come cobalto o nichel per aumentarne la durata, mentre la doratura in oro morbido è quasi pura, migliorando la conducibilità elettrica. Queste differenze portano ad applicazioni e vantaggi distinti, adatti a varie sfide meccaniche e ambientali.
Placcatura in oro duro
La composizione dell’oro duro, solitamente legato con lo 0,1–0,3% di Co o Ni, presenta una durezza compresa tra 120 e 300 Knoop. Questa composizione è ottenuta mediante deposizione elettrolitica su uno strato sottostante di nichel. L’aumentata durezza dell’oro duro gli consente di sopportare migliaia di cicli di accoppiamento—più di 10.000 nei connettori a bordo scheda. Resiste inoltre ai graffi in ambienti ad alto numero di contatti, mantenendo una resistenza di contatto stabile per tutta la vita del connettore.
Spessore e costo tipici:L’oro duro ha uno spessore approssimativo di 0,75–1,25 µm; la durata aumenta con un maggiore spessore, ma anche i costi crescono in modo sostanziale. Per questo viene utilizzato in modo selettivo, spesso solo sui contatti a bordo scheda, mentre il resto del circuito stampato impiega una finitura diversa, come l’oro chimico su nichel chimico (ENIG).
Vantaggi e applicazioni:L’oro duro è estremamente durevole e resistente all’usura, risultando particolarmente adatto per contatti scorrevoli o accoppiati in applicazioni con numerosi cicli di inserzione. Essendo resistente alle vibrazioni e all’uso ripetuto, garantisce un contatto elettrico stabile. Le applicazioni tipiche includono connettori a bordo scheda (PCB edge connectors), schede backplane, contatti di interruttori e relè, e aree soggette ad elevata usura in apparecchiature industriali, di telecomunicazione e per la difesa.
Limitazioni:Nonostante il fatto che, sebbene vantaggioso, l’oro duro sia meno conduttivo dell’oro puro a causa della lega. Inoltre, non è adatto alla saldatura o al wire bonding, poiché spessi strati di oro duro possono dare luogo a giunti di saldatura fragili. È anche più costoso quando sono richieste ampie superfici o strati spessi.
Placcatura in oro morbido
Composizione e durezza: La doratura in oro morbido è quasi oro puro, generalmente ≥99,9% Au, e presenta pochissime leghe aggiunte per fornire una durezza di 60–85 Knoop. Questo la rende molto più morbida e duttile rispetto all’oro duro. Compare spesso nella produzione di PCB e substrati come oro elettrolitico morbido su nichel per piazzole di wire bonding, o come parte diENIG/ENEPIGfiniture di sistemi in cui lo strato d’oro è sottile ma puro e uniforme.
Spessore e costo tipici:L’oro morbido per il bonding ha tipicamente uno spessore di 0,1–0,3 µm; gli strati di oro a immersione sono più sottili, circa 0,05–0,1 µm per ENIG/ENEPIG. Questi strati sottili rendono l’oro morbido conveniente in termini di costo per unità di area, in particolare per la tecnologia a montaggio superficiale ad alta densità e per i bond pad.
Vantaggi e applicazioni:L'oro morbido offre la migliore conducibilità elettrica per garantire una perdita di segnale minima dicircuiti ad alta frequenza. Ha un'eccellente resistenza alla corrosione, utile per la progettazione ad alta affidabilità in ambienti difficili. Inoltre, la sua eccellente capacità di adesione lo rende perfetto per il wire bonding con filo d'oro o di alluminio nel packaging IC e nei moduli RF. La purezza e la planarità dell'oro morbido garantiscono un'impedenza controllata e prestazioni costanti sia nei circuiti ad alta frequenza che in quelli ad alta velocità.
Limitazioni:La principale debolezza dell’oro morbido è la bassa resistenza all’usura; spesso si deteriora dopo solo poche centinaia di cicli meccanici. È soggetto a graffi e deformazioni durante la manipolazione se non viene controllato con attenzione, il che lo rende inadatto a connettori ad alto attrito o frequentemente accoppiati.
La durezza come principale discriminante tecnico
Le maggiori differenze tecniche tra oro duro e oro morbido riguardano la durezza, che è direttamente correlata alle loro applicazioni. L’oro duro presenta una durezza di circa 120–300 Knoop, legato in lega per offrire resistenza all’usura e una conducibilità leggermente ridotta rispetto all’oro puro; per questo è più adatto a contatti e connettori. L’oro morbido, con una durezza di circa 60–85 Knoop, è altamente conduttivo ma anche più soggetto a graffi o altre deformazioni, risultando quindi più indicato per il wire bonding, i pad ad alta frequenza e le aree critiche per la corrosione.
Fare la scelta giusta per la progettazione PCB
La scelta tra oro duro e oro morbido dipende da diversi fattori critici:
Tipo di applicazione:L'oro duro viene utilizzato per componenti come connettori, interruttori, edge fingers e pad di test pogo-pin con cicli elevati, mentre l'oro morbido è preferito per i pad di bonding,Circuiti RF/microonde, digitale ad alta velocità e nodi critici per la corrosione.
Ambiente meccanico:Se la superficie è soggetta a vibrazioni o a contatti di accoppiamento o scorrimento frequenti, la durabilità dell’oro duro diventa essenziale. Le giunzioni di saldatura statiche, i collegamenti a filo fissi e gli ambienti con bassa sollecitazione meccanica sono ambiti in cui l’oro morbido eccelle.
Prestazioni elettriche:La maggiore conducibilità e planarità dell’oro morbido offrono vantaggi in termini di perdite ultra-basse e controllo rigoroso dell’impedenza. Nei casi in cui lievi differenze di conducibilità non hanno conseguenze, come nei collegamenti digitali standard, entrambi i tipi, se applicati correttamente, saranno soddisfacenti.
Compatibilità del processo di assemblaggioIl wire bonding o l’assemblaggio delicato di microelettronica richiedono oro morbido o ENEPIG, mentre l’assemblaggio con molti connettori e la manipolazione gravosa richiedono oro duro sulle aree di contatto.
Strategia di Budget e Conclusione:L’oro duro può diventare costoso su ampie superfici e ad alti spessori.
La scelta tra placcatura in oro duro e in oro morbido è fondamentale, con diversi equilibri tra durabilità, conducibilità e requisiti specifici dell’applicazione. La placcatura in oro duro è eccellente per applicazioni che richiedono elevati livelli di sollecitazione e resistenza all’usura, mentre l’oro morbido è prezioso quando sono necessarie prestazioni elettriche superiori e capacità di bonding. Conoscere bene ciascun tipo di placcatura e le sue proprietà/punti di forza aiuterà notevolmente a scegliere quella giusta per i tuoi progetti e migliorerà la funzionalità e la durata operativa dei componenti.
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Risorse utili
•Il ruolo critico dell’oro nella fabbricazione dei PCB
•Introduzione e confronto delle finiture superficiali PCB
•Guida alle dita d’oro PCB
•ENIG vs argento immersione: confronto delle finiture superficiali
•Linee guida per la selezione della finitura superficiale
