Guide des finitions de surface des circuits imprimés pour 7 options courantes

Qu’est-ce que le traitement de surface des PCB ?

Le traitement de surface du PCB fait référence à l'interconnexion métallique entre le cuivre nu du circuit imprimé et la zone soudable des composants. Un circuit imprimé a une surface de base en cuivre qui, sans revêtement protecteur, est sujette à l'oxydation, d'où la nécessité d'une propreté de surface.

Le traitement de surface des PCB est une étape cruciale dans le processus de fabrication et d'assemblage des PCB, remplissant deux fonctions principales : protéger les circuits en cuivre exposés et fournir une surface soudable pour les composants à fixer au PCB. Le traitement de surface est situé sur la couche la plus externe du PCB, au-dessus des couches de cuivre, agissant comme un « revêtement » pour le cuivre.

Types de traitement de surface des PCB

Nivellement de soudure à air chaud (HASL)
Étamage (étain par immersion)
Or immersion autocatalytique au nickel (ENIG)
Conservateurs organiques de soudabilité (OSP)
Argent d'immersion (ImAg)
Nickel autocatalytique Or à immersion au palladium autocatalytique (ENEPIG)
Or dur (or dur électrolytique)

Processus de traitement de surface des PCB

Nivellement de soudure à air chaud (HASL)

Le HASL est l’une des méthodes de traitement de surface les plus couramment utilisées dans l’industrie. Il existe deux types : un avec plomb-étain et un sans. HASL est également l’un des types de traitement de surface des PCB disponibles les moins chers.

Pour obtenir une surface HASL lisse, le circuit imprimé est immergé dans de la soudure fondue (étain/plomb), recouvrant toutes les surfaces en cuivre exposées de la carte. Après avoir quitté la soudure fondue, de l'air chaud à haute pression est soufflé sur la surface à travers une lame d'air, qui lisse les dépôts de soudure et élimine l'excès de soudure de la surface du circuit imprimé.

Les paramètres importants à contrôler au cours de ce processus comprennent la température de soudage, la température de la lame d'air, la pression de la lame d'air, le temps d'immersion, la vitesse de décollage, etc.

Avantages du HASL :

• Une offre abondante
• Retravaillable
• Excellente durée de conservation
• Soudabilité exceptionnelle
• Pas cher/faible coût
• Permet une plus grande fenêtre de traitement
• Durée de stockage plus longue
• Une fois le PCB terminé, les plots sont entièrement recouverts d'étain avant d'être soudés.
• Convient au brasage sans plomb
• Choix de traitement de surface mature
• Permet une inspection visuelle et des mesures électriques

Inconvénients du HASL :

• Une surface irrégulière
• Ne convient pas au pas fin
• Contient du plomb (HASL)
• Choc thermique
• Pontage de soudure
• PTH obstrué ou réduit (trou traversant plaqué)
• Différences d'épaisseur/d'apparence entre les grands et les petits tampons
• Ne convient pas aux SMD et BGA inférieurs à 2000 XNUMX millionièmes de pouce.
• Ne convient pas aux produits HDI
• Ne convient pas au câblage filaire

Étamage (étain par immersion)

L'étain par immersion (ImSn) est une finition métallique déposée par une réaction de déplacement chimique directement sur le métal de base d'un circuit imprimé, qui est le cuivre. L'ISn protège le cuivre sous-jacent de l'oxydation pendant sa durée de conservation prévue. Puisque toutes les soudures sont à base d’étain, la couche d’étain peut correspondre à n’importe quel type de soudure.

En ajoutant des additifs organiques à la solution d'immersion d'étain, la structure de la couche d'étain devient granulaire, surmontant les problèmes de moustaches d'étain et de migration d'étain, tout en possédant également une bonne stabilité thermique et une bonne soudabilité. Le processus d'immersion d'étain peut former un composé intermétallique plat cuivre-étain, lui conférant une bonne soudabilité, sans problèmes de planéité et de diffusion des composés intermétalliques.

Avantages du placage à l'étain :

• Excellente planéité (adapté au SMT), adapté au pas fin/BGA/petits composants
• Technologie de traitement de surface sans plomb à coût moyen
• Propreté de pressage appropriée
• Maintient une bonne soudabilité après plusieurs excursions thermiques
• Convient aux lignes de production horizontales
• Adapté à l'usinage à géométrie fine, assemblage sans plomb

Inconvénients du placage à l’étain :

• Sensible à la manipulation
• Durée de conservation courte, moustaches d'étain après 6 mois
• Corrosif pour les couches de masque de soudure
• Utilisation déconseillée avec les masques pelables
• Pas un choix approprié pour les interrupteurs tactiles
• Les tests électriques nécessitent une configuration spéciale (atterrissage en douceur de la sonde)

Or immersion autocatalytique au nickel (ENIG)

Le traitement de surface ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) a toujours été la meilleure option pour les surfaces à pas fin (plates) et les options sans plomb.
ENIG est un processus en deux étapes consistant à recouvrir une fine couche de nickel sur la couche de cuivre, puis à la recouvrir d'une fine couche d'or. Le nickel agit comme une barrière pour le cuivre et constitue la surface sur laquelle les composants sont réellement soudés, tandis que l'or protège le nickel pendant le stockage.

Or immersion autocatalytique au nickel (ENIG)

L'épaisseur de la couche interne de Ni est généralement de 3 à 6 μm et l'épaisseur de la couche externe d'Au est généralement de 0.05 à 0.1 μm.

Le Ni forme une couche barrière entre la soudure et le cuivre.

Le rôle de l'Au est d'empêcher l'oxydation du Ni pendant le stockage, prolongeant ainsi la durée de conservation, mais le processus de placage à l'or produit également une excellente planéité de la surface.

Le flux de traitement de l'ENIG est le suivant : Nettoyage -> Gravure -> Catalyseur -> Nickel autocatalytique -> Placage à l'or -> Nettoyage des résidus

Bien que ce processus de revêtement ait une longue durée de conservation et soit avantageux pour la galvanoplastie des trous traversants, il s'agit d'un processus complexe et coûteux qui n'est pas réutilisable et est connu pour provoquer une perte de signal dans les circuits RF.

Avantages de l'ENIG :

Surface plane
Sans plomb
Convient pour PTH (trou traversant plaqué)
Longue durée de vie

Inconvénients de l'ENIG :

Cher
Non retravaillable
Tampon noir/nickel noir
Dommages causés par les extraterrestres
Perte de signal (RF)
Procédure complexe

Conservateurs organiques de soudabilité (OSP)

Les OSP (Organic Solderability Preservatives) ou agents anticorrosion sont généralement appliqués sur le cuivre exposé à l'aide d'un processus de bande transporteuse, protégeant la surface du cuivre de l'oxydation avec une très fine couche de matériau.

Ce film doit avoir des propriétés telles que l'antioxydation, la résistance aux chocs thermiques et la résistance à l'humidité pour protéger la surface du cuivre de la rouille (oxydation ou sulfuration, etc.) dans des conditions normales.

Cependant, lors du brasage ultérieur à haute température, ce film protecteur doit être facilement et rapidement éliminé par le flux pour permettre à la surface de cuivre propre de se lier immédiatement à la soudure fondue, formant ainsi un joint solide en très peu de temps.

En d’autres termes, l’OSP agit comme une barrière entre le cuivre et l’air.

Le processus général de l'OSP est le suivant : dégraissage -> micro-gravure -> lavage à l'acide -> rinçage à l'eau pure -> revêtement organique -> nettoyage.

Avantages de l'OSP :

• Surface plane
• Processus simple, surface très lisse, adapté au brasage sans plomb et aux SMT
• Retravaillable, adapté aux lignes de production horizontales
• Solution économique
• Respectueux de l'environnement

Inconvénients de l'OSP :

• L'épaisseur ne peut pas être mesurée
• Ne convient pas au PTH (trou traversant plaqué)
• Durée de conservation courte
• Peut causer des problèmes de TIC
• Cuivre exposé lors de l'assemblage final
• Traitement sensible
• Ne peut pas être soudé (retravaillé) plus de deux fois
• Ne convient pas à la technologie Press-Fit et à la reliure métallique
• Peu pratique pour les tests visuels et électriques

Argent d'immersion (ImAg)

L'argent par immersion est appliqué aux PCB en cuivre en les immergeant dans un réservoir d'ions d'argent en utilisant un traitement de surface chimique non électrolytique. C'est un choix idéal pour les circuits imprimés avec blindage EMI et est également utilisé dans les équipements de communication.

Cette méthode est particulièrement adaptée aux circuits à hyperfréquences et aux lignes de transmission.

L'immersion dans l'argent offre une surface plane et soudable et d'excellentes propriétés électriques. Le procédé d'immersion dans l'argent peut être utilisé sur une grande variété de circuits imprimés, y compris les circuits imprimés rigides et flexibles.

Le procédé général de l'argenterie par immersion est le suivant : dégraissage -> micro-gravure -> dépôt d'argent -> rinçage.

Avantages de l'argent par immersion :

• Convient au pas fin
• Convient aux lignes de production horizontales
• Bon pour un assemblage sans plomb, une bonne soudabilité et adapté au SMT
• Platitude
• Longue durée de conservation, convient aux tableaux double-face, reliure métallique, adapté aux TIC
• Bon pour conserver la qualité du signal dans les circuits haute fréquence

Inconvénients de l’argent par immersion :

• Durée de conservation courte, stockage difficile (points noirs, nécessite un emballage sous vide)
• Élimination des produits chimiques
• Oxydation pendant le stockage
• Sensible à la manipulation
• Formation d'Ag3Sn
• Cher
• Ne convient pas aux interrupteurs tactiles et aux masques pelables
• Ne convient pas au collage de fils d'or
• Les tests TIC peuvent provoquer un dysfonctionnement
• Difficultés de contrôle des processus

Nickel autocatalytique Or à immersion au palladium autocatalytique (ENEPIG)

ENEPIG est un processus complexe impliquant trois couches : nickel, palladium et or, offrant une excellente conductivité et protection.

Le flux de traitement d'ENEPIG est le suivant : Nettoyage -> Gravure -> Catalyseur -> Nickel autocatalytique -> Palladium -> Placage à l'or -> Nettoyage des résidus

ENEPIG est le traitement de surface le plus approprié pour les produits à haute fiabilité et à grande vitesse, où sa planéité, sa haute résistance au cuivre et ses bonnes propriétés anticorrosion sont particulièrement importantes.

Avantages de l'ENEPIG :

Excellent pour le collage de fils
Convient aux pas fins et aux petites pièces
Convient pour le collage de fils d'or
Bon pour PTH
Idéal pour la technologie d'ajustement par pression et le collage de fils
Convient aux tests TIC et électriques
Longue durée de vie
Sans plomb

Inconvénients d'ENEPIG :

Coût élevé
Ne convient pas aux interrupteurs tactiles
Les tests TIC peuvent provoquer un dysfonctionnement
Nécessite un environnement de production stable
Ne convient pas au brasage à la vague

Or dur (or dur électrolytique)

L'or dur est un type de traitement de surface des PCB qui utilise une couche d'or alliée à une petite quantité d'autres métaux pour augmenter sa durabilité. Ce processus consiste à déposer par galvanoplastie une couche d'or sur la surface du PCB, qui est ensuite recouverte d'une couche de nickel électrolytique pour augmenter sa dureté et sa résistance à l'usure.

L'or dur est couramment utilisé dans les applications où le PCB sera soumis à des insertions et des retraits répétés, comme dans les connecteurs et les commutateurs. Le revêtement en or dur aide à empêcher l’or de s’user avec le temps, garantissant ainsi des connexions électriques fiables.

Avantages de l’or dur :

Excellente durabilité et résistance à l'usure
Convient aux applications nécessitant des insertions et des retraits répétés
Idéal pour les applications de haute fiabilité
Convient aux tests TIC et électriques
Convient à la technologie Press-Fit et au câblage filaire
Convient aux pas fins et aux petites pièces

Inconvénients de l’or dur :

Coût élevé
Ne convient pas au brasage à la vague
Ne convient pas aux interrupteurs tactiles
Plage d'épaisseur limitée

Comment choisir la finition de surface du PCB ?

Le choix de la finition de surface des circuits imprimés est une étape cruciale de leur fabrication , car elle influe directement sur le rendement, le nombre de retouches, le taux de défaillance sur site, la testabilité, le taux de rebut et le coût. Pour garantir la qualité et les performances optimales du produit final, il est impératif de prendre en compte tous les aspects liés à l'assemblage lors du choix de la rugosité de surface.

Utilisez cet article pour comparer différentes options de finition en fonction du coût, de la durée de conservation, de la planéité et des exigences d'assemblage. Si votre choix porte principalement sur le HASL ou l'ENIG, consultez la comparaison HASL vs ENIG ; pour les capacités de production et les notes de devis, consultez la section « Sélection de la finition de surface des circuits imprimés ».

Finition de surface PCB

Planéité du plot de soudure Comme mentionné précédemment, certaines finitions de surface peuvent conduire à des surfaces inégales, ce qui peut affecter les performances, la soudabilité et d'autres facteurs. Si la planéité est un facteur critique, envisagez des finitions de surface avec des couches fines et uniformes. Dans ce cas, les options appropriées incluent ENIG, ENEPIG et OSP.

Soudabilité et mouillage

La soudabilité est toujours un facteur clé lors de l'utilisation de circuits imprimés. Il a été démontré que certaines finitions de surface, comme OSP et ENEPIG, nuisent à la soudabilité, tandis que d'autres, comme HASL, sont plus appropriées.

Liaison de fils d'or ou d'aluminium

Si votre PCB nécessite un câblage en fil d'or ou d'aluminium, vous pourriez être limité à ENIG et ENEPIG.

Conditions de stockage

Comme mentionné précédemment, certaines finitions de surface (telles que l'OSP) peuvent rendre le PCB fragile pendant le traitement, tandis que d'autres améliorent la durabilité. Les exigences de stockage et de manipulation doivent être prises en compte à l'avance, et les finitions de surface qui rendent le PCB cassant ne doivent être utilisées que lorsque les exigences de stockage et de manipulation peuvent être satisfaites sans risque.

Cycles de Soudage

Combien de fois le PCB sera-t-il soudé et retravaillé ? De nombreuses finitions de surface sont idéales pour être retravaillées. Cependant, d'autres méthodes comme l'immersion dans l'étain ne conviennent pas pour les retouches.

Finition de surface des PCB - Conformité RoHS

La conformité à la directive RoHS est essentielle pour le choix du traitement de surface. En règle générale, tous les traitements de surface contenant du plomb ne sont pas conformes à la directive RoHS et doivent être évités.

En fonction des exigences spécifiques et des caractéristiques de votre produit PCB, vous pouvez utiliser ce tableau pour sélectionner l'option de finition de surface parfaite.

Conclusion

Le choix du type de finition de surface, notamment en termes de lissage, doit être optimal pour répondre aux exigences des différentes fonctions. Chaque type de traitement de surface présente ses propres avantages et inconvénients. Il existe des techniques d'ingénierie permettant de pallier les problèmes liés à un lissage insuffisant. Par exemple, en cas de faible mouillage de l' OSP ( Oxygen-Surface Surface), des solutions peuvent être envisagées, telles que la modification du placage du circuit imprimé ou de l'alliage de brasage à la vague, ou encore l'augmentation du préchauffage de la face supérieure. L'essentiel est de prendre en compte tous les facteurs possibles afin d'obtenir les performances souhaitées.