Cómo elegir el acabado de la superficie para el diseño de su PCB
Ⅱ Evaluación y comparación
Al corriente: 16 de noviembre de 2022
Categorías: Blogs
Etiquetas: tarjeta de circuito impreso,pcba,ensamblaje de PCB,fabricación de PCB, acabado de superficie de PCB
Hay muchos consejos sobre el acabado de la superficie, como que HASL sin plomo tiene problemas para tener una planitud constante.El Ni/Au electrolítico es realmente costoso y si se deposita demasiado oro en la almohadilla, puede provocar uniones de soldadura quebradizas.El estaño por inmersión tiene una degradación de la soldabilidad después de la exposición a múltiples ciclos de calor, como en un proceso de reflujo de PCBA de la parte superior e inferior, etc. Es necesario tener claramente en cuenta las diferencias de los acabados superficiales anteriores.La siguiente tabla muestra una evaluación aproximada de los acabados superficiales que se aplican con frecuencia en las placas de circuito impreso.
Tabla 1 Breve descripción del proceso de fabricación, ventajas y desventajas importantes y aplicaciones típicas de los acabados superficiales populares sin plomo de PCB
| Acabado de superficie de PCB | Proceso | Espesor | Ventajas | Desventajas | Aplicaciones Típicas |
| HASL sin plomo | Las placas de PCB se sumergen en un baño de estaño fundido y luego se soplan con cuchillas de aire caliente para eliminar el exceso de soldadura. | 30 µpulg (1 µm) -1500 µpulg (40 µm) | Buena soldabilidad;Ampliamente disponible;Puede repararse/reelaborarse;estante largo largo | Superficies desiguales;Choque termal;Mala humectación;Puente de soldadura;PTH obstruidos. | Ampliamente aplicable;Adecuado para almohadillas y espacios más grandes;No apto para HDI con paso fino <20 mil (0,5 mm) y BGA;No es bueno para la PTH;No apto para PCB de cobre grueso;Aplicación típica: placas de circuitos para pruebas eléctricas, soldadura manual y algunos dispositivos electrónicos de alto rendimiento, como dispositivos aeroespaciales y militares. |
| OSP | Aplicar químicamente un compuesto orgánico a la superficie de las placas formando una capa metálica orgánica para proteger el cobre expuesto del óxido. | 46 µpulg. (1,15 µm)-52 µpulg. (1,3 µm) | Bajo costo;Las almohadillas son uniformes y planas;Buena soldabilidad;Puede ser unidad con otros acabados superficiales;El proceso es simple;Se puede reelaborar (dentro del taller). | Sensible al manejo;Corta vida útil.Distribución de soldadura muy limitada;Degradación de la soldabilidad con temperaturas y ciclos elevados;No conductivo;Difícil de inspeccionar, sonda ICT, problemas iónicos y de ajuste a presión | Ampliamente aplicable;Muy adecuado para SMT/pasos finos/BGA/componentes pequeños;Servir tablas;No es bueno para las PTH;No apto para tecnología de engarzado |
| ENIG | Un proceso químico que recubre el cobre expuesto con Níquel y Oro, por lo que consta de una doble capa de recubrimiento metálico. | 2 µin (0,05 µm) – 5 µin (0,125 µm) de oro sobre 120 µin (3 µm) – 240 µin (6 µm) de níquel | Excelente soldabilidad;Las almohadillas son planas y uniformes;Flexibilidad del alambre Al;Baja resistencia de contacto;Larga vida útil;Buena resistencia a la corrosión y durabilidad. | Preocupación por “Black Pad”;Pérdida de señal para aplicaciones de integridad de señal;incapaz de volver a trabajar | Excelente para montaje de paso fino y colocación compleja de montaje en superficie (BGA, QFP…);Excelente para múltiples tipos de soldadura;Preferible para PTH, ajuste a presión;Adherible con alambre;Recomendado para PCB con aplicaciones de alta confiabilidad como aeroespaciales, militares, médicos y consumidores de alto nivel, etc.;No recomendado para paneles de contacto táctiles. |
| Electrolítico Ni/Au (Oro blando) | 99,99% puro: oro de 24 quilates aplicado sobre una capa de níquel mediante un proceso electrolítico antes de la máscara de soldadura. | 99,99% oro puro, 24 quilates 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) sobre 100 µin (2,5 µm) -200 µin (5 µm) de níquel | Superficie dura y duradera;Gran conductividad;Llanura;Flexibilidad del alambre Al;Baja resistencia de contacto;Larga vida útil | Caro;Au fragilidad si es demasiado espesa;Restricciones de diseño;Procesamiento extra/mano de obra intensa;No apto para soldar;El recubrimiento no es uniforme | Se utiliza principalmente en la unión de cables (Al y Au) en paquetes de chips como COB (Chip on Board). |
| Ni/Au electrolítico (oro duro) | Oro 98% puro de 23 quilates con endurecedores agregados al baño de revestimiento aplicado sobre una capa de níquel mediante un proceso electrolítico. | 98% oro puro, 23 quilates 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) sobre 100 µin (2,5 µm) -150 µin (4 µm) de níquel | Excelente soldabilidad;Las almohadillas son planas y uniformes;Flexibilidad del alambre Al;Baja resistencia de contacto;Reelaborable | Corrosión por deslustre (manipulación y almacenamiento) en ambientes con alto contenido de azufre;Opciones reducidas de la cadena de suministro para respaldar este acabado;Breve ventana operativa entre las etapas de montaje. | Se utiliza principalmente para interconexión eléctrica, como conectores de borde (dedo dorado), placas portadoras de IC (PBGA/FCBGA/FCCSP...), teclados, contactos de batería y algunas almohadillas de prueba, etc. |
| Inmersión Ag | Se deposita una capa de plata sobre la superficie de cobre mediante un proceso de recubrimiento no electrolítico después del grabado pero antes de la máscara de soldadura. | 5 µpulg. (0,12 µm) -20 µpulg. (0,5 µm) | Excelente soldabilidad;Las almohadillas son planas y uniformes;Flexibilidad del alambre Al;Baja resistencia de contacto;Reelaborable | Corrosión por deslustre (manipulación y almacenamiento) en ambientes con alto contenido de azufre;Opciones reducidas de la cadena de suministro para respaldar este acabado;Breve ventana operativa entre las etapas de montaje. | Alternativa económica a ENIG para Fine Traces y BGA;Ideal para aplicaciones de señales de alta velocidad;Bueno para interruptores de membrana, blindaje EMI y unión de cables de aluminio;Adecuado para ajuste a presión. |
| Pantalla de inmersión | En un baño químico no electrolítico, una fina capa blanca de estaño se deposita directamente sobre el cobre de las placas de circuito como barrera para evitar la oxidación. | 25 µpulg (0,7 µm)-60 µpulg (1,5 µm) | Lo mejor para la tecnología de ajuste a presión;Económico;Planar;Excelente soldabilidad (cuando está fresca) y confiabilidad;Llanura | Degradación de la soldabilidad con temperaturas y ciclos elevados;El estaño expuesto en el ensamblaje final puede corroerse;Manejo de problemas;Wiskering de estaño;No apto para PTH;Contiene tiourea, un carcinógeno conocido. | Recomendado para producciones de gran cantidad;Bueno para colocación SMD, BGA;Lo mejor para ajuste a presión y placas posteriores;No recomendado para PTH, interruptores de contacto y uso con máscaras despegables. |
Tabla 2 Una evaluación de las propiedades típicas de los acabados superficiales de PCB modernos en términos de producción y aplicación.
| Producción de los acabados superficiales más utilizados. | |||||||||
| Propiedades | ENIG | ENEPIG | Oro suave | oro duro | IAg | ESn | HASL | HASL-LF | OSP |
| Popularidad | Alto | Bajo | Bajo | Bajo | Medio | Bajo | Bajo | Alto | Medio |
| Costo del proceso | Alto (1,3x) | Alto (2,5x) | Más alto (3,5x) | Más alto (3,5x) | Medio (1,1x) | Medio (1,1x) | Bajo (1,0x) | Bajo (1,0x) | Mínimo (0,8x) |
| Depósito | Inmersión | Inmersión | Electrolítico | Electrolítico | Inmersión | Inmersión | Inmersión | Inmersión | Inmersión |
| Duración | Largo | Largo | Largo | Largo | Medio | Medio | Largo | Largo | Corto |
| RoHS | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No | Sí | Sí |
| Coplanaridad de superficie para SMT | Excelente | Excelente | Excelente | Excelente | Excelente | Excelente | Pobre | Bien | Excelente |
| Cobre expuesto | No | No | No | Sí | No | No | No | No | Sí |
| Manejo | Normal | Normal | Normal | Normal | Crítico | Crítico | Normal | Normal | Crítico |
| Esfuerzo del proceso | Medio | Medio | Alto | Alto | Medio | Medio | Medio | Medio | Bajo |
| Capacidad de retrabajo | No | No | No | No | Sí | No sugerido | Sí | Sí | Sí |
| Ciclos térmicos requeridos | múltiple | múltiple | múltiple | múltiple | múltiple | 2-3 | múltiple | múltiple | 2 |
| Problema de bigotes | No | No | No | No | No | Sí | No | No | No |
| Choque térmico (PCB MFG) | Bajo | Bajo | Bajo | Bajo | Muy bajo | Muy bajo | Alto | Alto | Muy bajo |
| Baja resistencia/alta velocidad | No | No | No | No | Sí | No | No | No | N / A |
| Aplicaciones de los acabados superficiales más utilizados | |||||||||
| Aplicaciones | ENIG | ENEPIG | Oro suave | Oro duro | IAg | ESn | HASL | LF-HASL | OSP |
| Rígido | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí |
| Doblar | Restringido | Restringido | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí |
| Flex-Rígido | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No preferido |
| Buen tiro | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No preferido | No preferido | Sí |
| BGA y µBGA | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No preferido | No preferido | Sí |
| Soldabilidad múltiple | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Restringido |
| Voltear chip | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No | No | Sí |
| Ajuste a presión | Restringido | Restringido | Restringido | Restringido | Sí | Excelente | Sí | Sí | Restringido |
| A través del orificio | Sí | Sí | Sí | Sí | Sí | No | No | No | No |
| Unión de cables | Sí (Al) | Sí (Al, Au) | Sí (Al, Au) | Sí (Al) | Variable (Al) | No | No | No | Sí (Al) |
| Humectabilidad de la soldadura | Bien | Bien | Bien | Bien | Muy bien | Bien | Pobre | Pobre | Bien |
| Integridad de la junta de soldadura | Bien | Bien | Pobre | Pobre | Excelente | Bien | Bien | Bien | Bien |
La vida útil es un elemento crítico que debe considerar al realizar sus programas de fabricación.Duraciónes la ventana operativa que garantiza que el acabado tenga una completa soldabilidad de la PCB.Es vital asegurarse de que todos sus PCB estén ensamblados dentro de su vida útil.Además del material y el proceso que componen los acabados superficiales, la vida útil del acabado está fuertemente influenciada.por embalaje y almacenamiento de PCB.La aplicación estricta de la metodología de almacenamiento correcta sugerida por las pautas IPC-1601 preservará la soldabilidad y confiabilidad de los acabados.
Tabla 3: Comparación de la vida útil entre acabados superficiales populares de PCB
|
| VIDA TÍPICA DE SHEL | Vida útil sugerida | Posibilidad de retrabajo |
| HASL-LF | 12 meses | 12 meses | SÍ |
| OSP | 3 meses | 1 mes | SÍ |
| ENIG | 12 meses | 6 meses | NO* |
| ENEPIG | 6 meses | 6 meses | NO* |
| Ni/Au electrolítico | 12 meses | 12 meses | NO |
| IAg | 6 meses | 3 meses | SÍ |
| ESn | 6 meses | 3 meses | SÍ** |
* Para el acabado ENIG y ENEPIG está disponible un ciclo de reactivación para mejorar la humectabilidad de la superficie y la vida útil.
** No se sugiere retrabajo químico con estaño.
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Hora de publicación: 16-nov-2022
