Guia de acabamento de superfície de PCB para 7 opções comuns

O que é tratamento de superfície de PCB?

O tratamento de superfície do PCB refere-se à interconexão metálica entre o cobre nu da placa de circuito impresso e a área soldável dos componentes. Uma placa de circuito possui uma superfície base de cobre que, sem revestimento protetor, está sujeita à oxidação, daí a necessidade de limpeza da superfície.

O tratamento de superfície de PCB é uma etapa crucial no processo de fabricação e montagem de PCB, servindo a duas funções principais: proteger os circuitos de cobre expostos e fornecer uma superfície soldável para os componentes serem fixados ao PCB. O tratamento superficial está localizado na camada mais externa da PCB, acima das camadas de cobre, atuando como um “revestimento” para o cobre.

Tipos de tratamento de superfície de PCB

Nivelamento de solda de ar quente (HASL)
Chapeamento de estanho (estanho de imersão)
Ouro de imersão em níquel químico (ENIG)
Conservantes Orgânicos de Soldagem (OSP)
Prata de Imersão (ImAg)
Ouro de imersão em paládio não eletrolítico de níquel (ENEPIG)
Ouro Duro (Ouro Duro Eletrolítico)

Processos de tratamento de superfície de PCB

Nivelamento de solda de ar quente (HASL)

HASL é um dos métodos de tratamento de superfície mais comumente usados ​​na indústria. Ele vem em dois tipos: um com chumbo-estanho e outro sem. HASL também é um dos tipos de tratamento de superfície de PCB mais baratos disponíveis.

Para obter uma superfície HASL lisa, a placa de circuito é imersa em solda fundida (estanho/chumbo), cobrindo todas as superfícies de cobre expostas na placa. Depois de deixar a solda derretida, ar quente de alta pressão é soprado sobre a superfície através de uma faca de ar, que suaviza os depósitos de solda e remove o excesso de solda da superfície da placa de circuito.

Parâmetros importantes a serem controlados durante este processo incluem temperatura de soldagem, temperatura da faca de ar, pressão da faca de ar, tempo de imersão, velocidade de levantamento e muito mais.

Vantagens do HASL:

• Fornecimento abundante
• Retrabalhável
• Excelente prazo de validade
• Excelente soldabilidade
• Barato/baixo custo
• Permite uma janela de processamento maior
• Maior tempo de armazenamento
• Após a conclusão do PCB, as almofadas são totalmente cobertas com estanho antes da soldagem
• Adequado para soldagem sem chumbo
• Escolha madura de tratamento de superfície
• Permite inspeção visual e medições elétricas

Desvantagens do HASL:

• Superfície irregular
• Não é adequado para passo fino
• Contém chumbo (HASL)
• Choque térmico
• Ponte de solda
• PTH obstruído ou reduzido (orifício passante banhado)
• Diferenças de espessura/aparência entre almofadas grandes e pequenas
• Não é adequado para SMD e BGA menores que 2000 milionésimos de polegada
• Não é adequado para produtos HDI
• Não é adequado para ligação de fios

Chapeamento de estanho (estanho de imersão)

O estanho por imersão (ImSn) é um acabamento metálico depositado por uma reação de deslocamento químico diretamente no metal base de uma placa de circuito, que é o cobre. O ISn protege o cobre subjacente da oxidação dentro de sua vida útil esperada. Como todas as soldas são à base de estanho, a camada de estanho pode combinar com qualquer tipo de solda.

Ao adicionar aditivos orgânicos à solução de imersão de estanho, a estrutura da camada de estanho torna-se granular, superando os problemas de bigodes de estanho e migração de estanho, ao mesmo tempo que possui boa estabilidade térmica e soldabilidade. O processo de imersão de estanho pode formar um composto intermetálico de cobre-estanho plano, conferindo-lhe boa soldabilidade, sem problemas de planicidade e difusão de compostos intermetálicos.

Vantagens do revestimento de estanho:

• Excelente planicidade (adequado para SMT), adequado para passo fino/BGA/componentes pequenos
• Tecnologia de tratamento de superfície sem chumbo de custo médio
• Limpeza de prensagem adequada
• Mantém boa soldabilidade após múltiplas excursões térmicas
• Adequado para linhas de produção horizontais
• Adequado para usinagem de geometria fina, montagem sem chumbo

Desvantagens do revestimento de estanho:

• Sensível ao manuseio
• Vida útil curta, bigodes de estanho após 6 meses
• Corrosivo para camadas de máscara de solda
• Não recomendado para uso com máscaras removíveis
• Não é uma escolha adequada para interruptores sensíveis ao toque
• O teste elétrico requer configuração especial (pouso suave da sonda)

Ouro de imersão em níquel químico (ENIG)

O tratamento de superfície ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) sempre foi a melhor opção para superfícies de passo fino (planas) e opções sem chumbo.
ENIG é um processo de duas etapas, cobrindo uma fina camada de níquel sobre a camada de cobre e depois cobrindo-a com uma fina camada de ouro. O níquel atua como uma barreira para o cobre e é a superfície à qual os componentes são realmente soldados, enquanto o ouro protege o níquel durante o armazenamento.

Ouro de imersão em níquel químico (ENIG)

A espessura da camada interna de Ni é geralmente de 3-6μm, e a espessura da camada externa de Au é geralmente de 0.05-0.1μm.

Ni forma uma camada de barreira entre a solda e o cobre.

O papel do Au é prevenir a oxidação do Ni durante o armazenamento, prolongando assim a vida útil, mas o processo de folheamento a ouro também produz excelente planicidade superficial.

O fluxo de processamento do ENIG é o seguinte: Limpeza -> Gravura -> Catalisador -> Níquel Electroless -> Dourado -> Limpeza de Resíduos

Embora este processo de revestimento tenha uma longa vida útil e seja vantajoso para galvanoplastia de furos passantes, é um processo complexo e caro que não pode ser retrabalhado e é conhecido por causar perda em circuitos de sinal de RF.

Vantagens do ENIG:

Superfície plana
sem chumbo
Adequado para PTH (orifício passante banhado)
longa vida de prateleira

Desvantagens do ENIG:

Caro
Não retrabalhável
Almofada preta/níquel preto
Danos de alienígenas
Perda de sinal (RF)
Processo complexo

Conservantes Orgânicos de Soldagem (OSP)

OSP (Preservativos Orgânicos de Soldabilidade) ou agentes anticorrosivos são normalmente aplicados ao cobre exposto usando um processo de correia transportadora, protegendo a superfície do cobre da oxidação com uma camada muito fina de material.

Este filme deve ter propriedades como antioxidação, resistência ao choque térmico e resistência à umidade para proteger a superfície do cobre contra ferrugem (oxidação ou sulfetação, etc.) em condições normais.

No entanto, durante a soldagem subsequente em alta temperatura, esta película protetora deve ser fácil e rapidamente removida pelo fluxo para permitir que a superfície limpa do cobre se ligue imediatamente à solda fundida, formando uma junta forte em um tempo muito curto.

Em outras palavras, o OSP atua como uma barreira entre o cobre e o ar.

O processo geral do OSP é: desengorduramento -> micro-ataque -> lavagem ácida -> enxágue com água pura -> revestimento orgânico -> limpeza.

Vantagens do OSP:

• Superfície plana
• Processo simples, superfície muito lisa, adequado para soldagem sem chumbo e SMT
• Retrabalhável, adequado para linhas de produção horizontais
• Custo-beneficio
• Ecologicamente correto

Desvantagens do OSP:

• A espessura não pode ser medida
• Não é adequado para PTH (orifício passante banhado)
• Vida útil curta
• Pode causar problemas de TIC
• Cobre exposto na montagem final
• Processamento sensível
• Não pode ser soldado (retrabalhado) mais de duas vezes
• Não é adequado para tecnologia press-fit e encadernação de arame
• Inconveniente para testes visuais e elétricos

Prata de Imersão (ImAg)

A prata de imersão é aplicada a PCBs de cobre, mergulhando-os em um tanque de íons de prata usando um tratamento de superfície químico não eletrolítico. É a escolha ideal para placas de circuito com blindagem EMI e também é utilizado em equipamentos de comunicação.

Este método é especialmente adequado para circuitos com frequências de micro-ondas e linhas de transmissão.

A imersão em prata proporciona uma superfície plana e soldável e excelentes propriedades elétricas. O processo de imersão em prata pode ser usado em uma grande variedade de placas de circuito, incluindo placas de circuito rígidas e flexíveis.

O processo geral de prata por imersão é: desengorduramento -> micro-gravação -> deposição de prata -> enxágue.

Vantagens da Prata de Imersão:

• Adequado para pitch fino
• Adequado para linhas de produção horizontais
• Bom para montagem sem chumbo, boa soldabilidade e adequado para SMT
• Planicidade
• Longa vida útil, bom para placas dupla-face, encadernação de arame, adequado para TIC
• Bom para reter a qualidade do sinal em circuitos de alta frequência

Desvantagens da Prata de Imersão:

• Prazo de validade curto, difícil de armazenar (manchas pretas, requer embalagem a vácuo)
• Eliminação de produtos químicos
• Oxidação durante o armazenamento
• Sensível ao manuseio
• Formação Ag3Sn
• Caro
• Não é adequado para interruptores sensíveis ao toque e máscaras removíveis
• Não é adequado para ligação de fio de ouro
• Testes de TIC podem causar mau funcionamento
• Dificuldades de controle de processo

Ouro de imersão em paládio não eletrolítico de níquel (ENEPIG)

ENEPIG é um processo complexo que envolve três camadas: níquel, paládio e ouro, proporcionando excelente condutividade e proteção.

O fluxo de processamento do ENEPIG é: Limpeza -> Gravura -> Catalisador -> Níquel Electroless -> Paládio -> Dourado -> Limpeza de Resíduos

ENEPIG é o tratamento de superfície mais adequado para produtos de alta confiabilidade e alta velocidade, onde sua planicidade, alta resistência ao cobre e boas propriedades anticorrosivas são especialmente importantes.

Vantagens do ENEPIG:

Excelente para ligação de fios
Adequado para passo fino e peças pequenas
Adequado para ligação de fio de ouro
Bom para PTH
Bom para tecnologia de encaixe por pressão e ligação de fios
Adequado para testes elétricos e de TIC
longa vida de prateleira
sem chumbo

Desvantagens do ENEPIG:

Alto custo
Não é adequado para interruptores sensíveis ao toque
Testes de TIC podem causar mau funcionamento
Requer ambiente de produção estável
Não é adequado para soldagem por onda

Ouro Duro (Ouro Duro Eletrolítico)

Ouro duro é um tipo de tratamento de superfície de PCB que usa uma camada de ouro ligada a uma pequena quantidade de outros metais para aumentar sua durabilidade. Este processo envolve galvanizar uma camada de ouro na superfície do PCB, que é então revestida com uma camada de níquel eletrolítico para aumentar sua dureza e resistência ao desgaste.

O ouro duro é comumente usado em aplicações onde o PCB estará sujeito a repetidas inserções e remoções, como em conectores e interruptores. O revestimento de ouro duro ajuda a evitar que o ouro se desgaste com o tempo, garantindo conexões elétricas confiáveis.

Vantagens do Ouro Duro:

Excelente durabilidade e resistência ao desgaste
Adequado para aplicações que exigem inserções e remoções repetidas
Bom para aplicações de alta confiabilidade
Adequado para testes elétricos e de TIC
Adequado para tecnologia press-fit e ligação de fios
Adequado para passo fino e peças pequenas

Desvantagens do Ouro Duro:

Alto custo
Não é adequado para soldagem por onda
Não é adequado para interruptores sensíveis ao toque
Faixa de espessura limitada

Como escolher o acabamento da superfície do PCB?

A seleção do acabamento superficial para PCBs é uma das etapas mais críticas na Fabricação de PCB, pois impacta diretamente o rendimento do processo, a quantidade de retrabalho, a taxa de falhas no local, a testabilidade, a taxa de refugo e o custo. Para garantir alta qualidade e desempenho do produto final, todas as considerações importantes sobre a montagem devem ser levadas em consideração na seleção da lisura da superfície.

Use este artigo ao comparar várias opções de acabamento em termos de custo, prazo de validade, planicidade e necessidades de montagem. Se a decisão for principalmente entre HASL e ENIG, leia Comparação entre HASL e ENIGPara informações sobre capacidade de produção e notas de orçamento, utilize seleção de acabamento de superfície de PCB.

Acabamento de superfície PCB

Planicidade da almofada de solda Como mencionado anteriormente, alguns acabamentos superficiais podem levar a superfícies irregulares, o que pode afetar o desempenho, a soldabilidade e outros fatores. Se a planicidade for um fator crítico, considere acabamentos superficiais com camadas finas e uniformes. Neste caso, as opções adequadas incluem ENIG, ENEPIG e OSP.

Soldabilidade e umectação

A soldabilidade é sempre um fator chave ao usar PCBs. Foi demonstrado que acabamentos superficiais específicos como OSP e ENEPIG prejudicam a soldabilidade, enquanto outros como HASL são mais adequados.

Colagem de fio de ouro ou alumínio

Se o seu PCB exigir ligação de fio de ouro ou alumínio, você pode estar limitado a ENIG e ENEPIG.

Condições de armazenamento

Conforme mencionado anteriormente, alguns acabamentos de superfície (como OSP) podem tornar a PCB quebradiça durante o processamento, enquanto outros aumentam a durabilidade. Os requisitos de armazenamento e manuseio devem ser considerados antecipadamente, e os acabamentos superficiais que tornam o PCB quebradiço só devem ser usados ​​quando os requisitos de armazenamento e manuseio puderem ser atendidos sem riscos.

Ciclos de soldagem

Quantas vezes o PCB será soldado e retrabalhado? Muitos acabamentos de superfície são ideais para retrabalho. Contudo, outros métodos como a imersão em estanho não são adequados para retrabalho.

Conformidade com acabamento de superfície PCB-RoHS

A conformidade com RoHS é crucial para determinar o acabamento superficial a ser usado. Normalmente, todos os acabamentos de superfície que utilizam chumbo não são adequados para RoHS conformidade e devem ser evitados.

Dependendo dos requisitos e características específicas do seu produto PCB, você pode usar esta tabela para selecionar a opção de acabamento de superfície perfeita.

Conclusão

A seleção dos tipos de acabamento superficial para suavidade da superfície deve ser ideal para cumprir diversas funções. Cada tipo de tratamento de superfície tem suas vantagens e desvantagens. Existem algumas técnicas de engenharia para resolver problemas causados ​​pelas deficiências de suavidade da superfície. Por exemplo, para a baixa força de molhamento de OSP, existem soluções como alterar o revestimento da placa ou da liga de solda por onda, aumentar o pré-aquecimento da parte superior e assim por diante. A chave é considerar todos os fatores possíveis para alcançar o desempenho desejado.