Como escolher o acabamento de superfície para o seu design de PCB
Ⅱ Avaliação e Comparação
Postou: 16 de novembro de 2022
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Tag: placa de circuito impresso,pcba,montagem de placa de circuito impresso,fabricação de placas de circuito impresso, acabamento de superfície pcb
Existem muitas dicas sobre o acabamento superficial, como o HASL sem chumbo tem problemas para ter um nivelamento consistente.O Ni/Au eletrolítico é muito caro e se muito ouro for depositado na almofada, pode causar juntas de solda quebradiças.O estanho por imersão apresenta degradação da soldabilidade após a exposição a múltiplos ciclos de calor, como em um processo de refluxo PCBA superior e inferior, etc.A tabela abaixo mostra uma avaliação aproximada dos acabamentos superficiais frequentemente aplicados em placas de circuito impresso.
Tabela 1 Breve descrição do processo de fabricação, prós e contras significativos e aplicações típicas de acabamentos de superfície populares sem chumbo de PCB
| Acabamento de superfície PCB | Processo | Grossura | Vantagens | Desvantagens | Aplicações Típicas |
| HASL sem chumbo | As placas PCB são imersas em um banho de estanho fundido e depois sopradas por facas de ar quente para superfícies planas e remoção do excesso de solda. | 30µin(1µm) -1500µin(40µm) | Boa soldabilidade;Amplamente disponível;Pode ser reparado/retrabalhado;Prateleira longa | Superfícies irregulares;Choque térmico;Umedecimento deficiente;Ponte de solda;PTHs conectados. | Amplamente aplicável;Adequado para almofadas e espaçamentos maiores;Não é adequado para HDI com passo fino <20 mil (0,5 mm) e BGA;Não é bom para PTH;Não é adequado para PCB de cobre espesso;Normalmente, aplicação: placas de circuito para testes elétricos, soldagem manual, alguns eletrônicos de alto desempenho, como dispositivos aeroespaciais e militares. |
| OSP | Aplicar quimicamente um composto orgânico na superfície das placas formando uma camada metálica orgânica para proteger o cobre exposto da ferrugem. | 46µin (1,15µm)-52µin(1,3µm) | Baixo custo;As almofadas são uniformes e planas;Boa soldabilidade;Pode ser unitário com outros acabamentos superficiais;O processo é simples;Pode ser retrabalhado (dentro da oficina). | Sensível ao manuseio;Vida útil curta.Dispersão de solda muito limitada;Degradação da soldabilidade com temperaturas e ciclos elevados;Não condutor;Difícil de inspecionar, sonda de TIC, problemas iônicos e de ajuste por pressão | Amplamente aplicável;Adequado para SMT/passos finos/BGA/componentes pequenos;Servir tábuas;Não é bom para PTHs;Não é adequado para tecnologia de crimpagem |
| ENIG | Processo químico que reveste o cobre exposto com Níquel e Ouro, portanto consiste em uma dupla camada de revestimento metálico. | 2 µ pol. (0,05 µm) – 5 µ pol. (0,125 µm) de ouro sobre 120 µ pol. (3 µm) – 240 µ pol. (6 µm) de níquel | Excelente soldabilidade;As almofadas são planas e uniformes;Flexibilidade do fio;Baixa resistência de contato;Prazo de validade longo;Boa resistência à corrosão e durabilidade | Preocupação com “Almofada Preta”;Perda de sinal para aplicações de integridade de sinal;incapaz de retrabalhar | Excelente para montagem de passo fino e colocação complexa de montagem em superfície (BGA, QFP…);Excelente para vários tipos de solda;Preferível para PTH, ajuste por pressão;Fio ligável;Recomendado para PCB com aplicações de alta confiabilidade, como aeroespacial, militar, médico e consumidores sofisticados, etc.;Não recomendado para Touch Contact Pads. |
| Ni/Au eletrolítico (ouro macio) | 99,99% puro – ouro 24 quilates aplicado sobre uma camada de níquel através de um processo eletrolítico antes da máscara de solda. | 99,99% de ouro 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 | Superfície dura e durável;Ótima condutividade;Planicidade;Flexibilidade do fio;Baixa resistência de contato;Prazo de validade longo | Caro;Au fragilização se for muito grosso;Restrições de layout;Processamento extra/mão de obra intensa;Não é adequado para soldagem;O revestimento não é uniforme | Usado principalmente na ligação de fios (Al e Au) em pacotes de chips como COB (Chip on Board) |
| Ni/Au eletrolítico (ouro duro) | 98% puro – Ouro 23 quilates com endurecedores adicionados ao banho de galvanização aplicado sobre camada de níquel através de processo eletrolítico. | Ouro 98% puro, 23 quilates30µin(0,8µm) -50µin(1,3µm) sobre 100µin(2,5µm) -150µin(4µm) de níquel | Excelente soldabilidade;As almofadas são planas e uniformes;Flexibilidade do fio;Baixa resistência de contato;Retrabalhável | Corrosão manchada (manuseio e armazenamento) em ambiente com alto teor de enxofre;Opções reduzidas de cadeia de suprimentos para dar suporte a esse acabamento;Curta janela operacional entre as etapas de montagem. | Usado principalmente para interconexão elétrica, como conectores de borda (dedo de ouro), placas transportadoras IC (PBGA/FCBGA/FCCSP...), teclados, contatos de bateria e algumas placas de teste, etc. |
| Imersão Ag | uma camada de prata é depositada na superfície do cobre através de um processo de revestimento sem eletrólito após a gravação, mas antes da máscara de solda | 5µin(0,12µm) -20µin(0,5µm) | Excelente soldabilidade;As almofadas são planas e uniformes;Flexibilidade do fio;Baixa resistência de contato;Retrabalhável | Corrosão manchada (manuseio e armazenamento) em ambiente com alto teor de enxofre;Opções reduzidas de cadeia de suprimentos para dar suporte a esse acabamento;Curta janela operacional entre as etapas de montagem. | Alternativa económica ao ENIG para Fine Traces e BGA;Ideal para aplicação de sinais de alta velocidade;Bom para interruptores de membrana, blindagem EMI e ligação de fios de alumínio;Adequado para ajuste à pressão. |
| Tela de imersão | Em um banho químico sem eletrodo, uma fina camada branca de estanho se deposita diretamente no cobre das placas de circuito como uma barreira para evitar a oxidação. | 25µin (0,7µm)-60µin(1,5µm) | Melhor para tecnologia de ajuste à pressão;Custo-beneficio;Planar;Excelente soldabilidade (quando fresco) e confiabilidade;Planicidade | Degradação da soldabilidade com temperaturas e ciclos elevados;O estanho exposto na montagem final pode corroer;Tratamento de problemas;Estanho Wiskering;Não é adequado para PTH;Contendo Tiouréia, um conhecido cancerígeno. | Recomendado para produções de grande quantidade;Bom para colocação de SMD, BGA;Melhor para ajuste à pressão e backplanes;Não recomendado para PTH, interruptores de contato e uso com máscaras destacáveis |
Tabela 2 Uma avaliação das propriedades típicas de acabamentos de superfície de PCB modernos na produção e aplicação
| Produção dos acabamentos de superfície usados mais comuns | |||||||||
| Propriedades | ENIG | ENEPIG | Ouro Suave | Ouro duro | IAg | Én | HASL | HASL-LF | OSP |
| Popularidade | Alto | Baixo | Baixo | Baixo | Médio | Baixo | Baixo | Alto | Médio |
| Custo do Processo | Alto (1,3x) | Alto (2,5x) | Mais alto (3,5x) | Mais alto (3,5x) | Médio (1,1x) | Médio (1,1x) | Baixo (1,0x) | Baixo (1,0x) | Mais baixo (0,8x) |
| Depósito | Imersão | Imersão | Eletrolítico | Eletrolítico | Imersão | Imersão | Imersão | Imersão | Imersão |
| Validade | Longo | Longo | Longo | Longo | Médio | Médio | Longo | Longo | Curto |
| Compatível com RoHS | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | No | Sim | Sim |
| Coplanaridade de superfície para SMT | Excelente | Excelente | Excelente | Excelente | Excelente | Excelente | Pobre | Bom | Excelente |
| Cobre exposto | No | No | No | Sim | No | No | No | No | Sim |
| Manuseio | Normal | Normal | Normal | Normal | Crítico | Crítico | Normal | Normal | Crítico |
| Esforço do Processo | Médio | Médio | Alto | Alto | Médio | Médio | Médio | Médio | Baixo |
| Capacidade de retrabalho | No | No | No | No | Sim | Não sugerido | Sim | Sim | Sim |
| Ciclos térmicos necessários | múltiplo | múltiplo | múltiplo | múltiplo | múltiplo | 2-3 | múltiplo | múltiplo | 2 |
| Problema de bigode | No | No | No | No | No | Sim | No | No | No |
| Choque térmico (PCB MFG) | Baixo | Baixo | Baixo | Baixo | Muito baixo | Muito baixo | Alto | Alto | Muito baixo |
| Baixa resistência/alta velocidade | No | No | No | No | Sim | No | No | No | N / D |
| Aplicações dos acabamentos de superfície usados mais comuns | |||||||||
| Formulários | ENIG | ENEPIG | Ouro Suave | Ouro Duro | IAg | Én | HASL | LF-HASL | OSP |
| Rígido | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim |
| Flexível | Restrito | Restrito | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim |
| Flex-Rígido | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Não preferido |
| Bom arremesso | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Não preferido | Não preferido | Sim |
| BGA e μBGA | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Não preferido | Não preferido | Sim |
| Soldabilidade Múltipla | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Restrito |
| Chip Flip | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | No | No | Sim |
| Pressione Ajustar | Restrito | Restrito | Restrito | Restrito | Sim | Excelente | Sim | Sim | Restrito |
| Através do orifício | Sim | Sim | Sim | Sim | Sim | No | No | No | No |
| Ligação de fio | Sim (Al) | Sim (Al, Au) | Sim (Al, Au) | Sim (Al) | Variável (Al) | No | No | No | Sim (Al) |
| Molhabilidade da solda | Bom | Bom | Bom | Bom | Muito bom | Bom | Pobre | Pobre | Bom |
| Integridade da junta de solda | Bom | Bom | Pobre | Pobre | Excelente | Bom | Bom | Bom | Bom |
O prazo de validade é um elemento crítico que você precisa considerar ao fazer seus cronogramas de fabricação.Validadeé a janela operativa que garante ao acabamento uma soldabilidade completa do PCB.É vital garantir que todos os seus PCBs sejam montados dentro do prazo de validade.Além do material e do processo que faz o acabamento superficial, a vida útil do acabamento é fortemente influenciadapor embalagem e armazenamento de PCBs.A aplicação estrita da metodologia correta de armazenamento sugerida pelas diretrizes IPC-1601 preservará a soldabilidade e a confiabilidade dos acabamentos.
Tabela 3 Comparação de prazo de validade entre acabamentos de superfície populares de PCB
|
| VIDA SHEL típica | Prazo de validade sugerido | Chance de retrabalho |
| HASL-LF | 12 meses | 12 meses | SIM |
| OSP | 3 meses | 1 mês | SIM |
| ENIG | 12 meses | 6 meses | NÃO* |
| ENEPIG | 6 meses | 6 meses | NÃO* |
| Ni/Au eletrolítico | 12 meses | 12 meses | NO |
| IAg | 6 meses | 3 meses | SIM |
| Én | 6 meses | 3 meses | SIM** |
* Para o acabamento ENIG e ENEPIG está disponível um ciclo de reativação para melhorar a molhabilidade da superfície e a vida útil.
**Retrabalho de Estanho Químico não sugerido.
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Horário da postagem: 16 de novembro de 2022
