Acabamentos de Superfície PCB:HASL, OSP e ENIG

Ao criar acabamentos de superfície para placas de circuito impresso (PCBs), você pode escolher entre materiais orgânicos ou metálicos. Saber quais tipos de acabamentos de superfície existem é bastante simples, mas como determinar qual é melhor para o seu PCB? Eles compartilham semelhanças, mas cada um vem com seus próprios benefícios, desvantagens e considerações técnicas.

Se você está se perguntando como selecionar a técnica de acabamento correta, este artigo pode ajudá-lo a aprender mais sobre três tipos comuns — Nivelamento de solda por ar quente (HASL), Preservativo de solda orgânica (OSP) e Ouro de imersão em níquel eletrolítico (ENIG).

A importância do acabamento da superfície do seu PCB

O acabamento de superfície que você escolher para o seu PCB terá um impacto significativo na qualidade e utilidade da peça principal. O acabamento evita que a camada de cobre do PCB oxide, o que, de outra forma, diminuiria sua soldabilidade. A aplicação de um acabamento protege a placa da oxidação antes que os componentes sejam adicionados, garantindo que você possa soldar os elementos adicionais conforme necessário. Como as conexões elétricas do PCB dependem de uma condutividade de cobre adequada, é essencial evitar a oxidação e aderir os componentes conforme necessário.

A seleção do acabamento adequado dependerá de vários fatores, como o processo de acabamento, o design da placa de circuito impresso e a qualidade do resultado final. Nem todos os tipos de acabamento são adequados para cada placa de circuito impresso. Abaixo estão algumas algumas características a ter em conta ao considerar as diferentes:

1. Soldagem

Evitar problemas de solda é essencial para criar um PCB que funcione como pretendido. Superfícies lisas são necessárias para garantir uma conexão que funcione adequadamente em seu ambiente específico. Considere se o acabamento da superfície pode soldar diretamente ao o cobre, como no caso do estanho de imersão, ou se for uma técnica em camadas, como o ENIG.

Boa ligação dos fios também é crucial, considerando que diferentes metais requerem técnicas de fabricação únicas e se comportam de forma diferente mesmo nos mesmos ambientes. Os fios podem ser compostos de materiais como alumínio, ouro e cobre, com cada acabamento superficial tipo compatível ou incompatível com esses elementos.

2. Tempo de processamento

A janela de processamento para um acabamento específico pode ser grande ou pequena — acabamentos como HASL têm janelas de processamento maiores.

O tempo que o processo leva depende da complexidade da montagem. Alguns acabamentos de superfície, como OSP, têm ciclos térmicos limitados e não podem suportar vários processos de soldagem. Após alguns ciclos, desaparecerá e o PCB perderá sua proteção contra oxidação. No entanto, um acabamento de superfície OSP para um PCB pode ser retrabalhado durante a fabricação. O mesmo se aplica à prata de imersão.

ENIG é um processo de acabamento mais complexo e leva mais tempo para ser concluído, o que pode torná-lo melhor para linhas de produção de PCB que não precisam produzir um grande número de PCBs em pouco tempo .

3. Confiabilidade

Qual ​​é a resistência do acabamento de superfície escolhido ao ambiente? Se o seu PCB precisar atender a requisitos específicos de confiabilidade, você desejará um acabamento que os acomode. Embora o custo seja apenas um componente os muitos outros elementos mencionados aqui, você deve considerar quão alto será o custo da falha se o acabamento do PCB não funcionar como pretendido e não proteger a superfície.

O IPC oferece um conjunto de padrões em seu Manual de Métodos de Teste TM-650 que detalha diferentes maneiras de testar a confiabilidade e qualidade de PCBs. Isso inclui técnicas como verificação dimensional, resistência química, ductilidade do cobre e quantidade de perda de sinal.Um teste usa produtos químicos como ácido sulfúrico e isopropanol para determinar os efeitos que essas substâncias têm em materiais dielétricos de PCB.

4. Corrosão

Alguns tipos de acabamento de superfície, como prata, podem ser mais vulneráveis ​​à corrosão por fluência do que outros. Esse tipo de corrosão pode ocorrer essencialmente com qualquer tipo de acabamento usado, mas é mais comum com prata de imersão . À medida que a corrosão dos elementos metálicos se espalha ao longo da superfície do PCB, pode causar curtos-circuitos devido à interação com os recursos vizinhos na placa. Esse problema se tornou mais comum à medida que os acabamentos sem chumbo aumentaram em uso generalizado, pois o chumbo era notavelmente eficaz em fornecer resistência à corrosão.

A corrosão por deslizamento também é mais comum em ambientes úmidos e ricos em enxofre. Considere a que tipo de configurações seus PCBs serão expostos antes de se fixar em qualquer acabamento de superfície. O ambiente pode ter um papel importante na determinação dos ciclos de vida dos seus produtos.

Outros acabamentos, como estanho de imersão, são propensos a desenvolver bigodes, embora os agentes anti-migração possam reduzir esse problema.

Fatores que afetam o acabamento da superfície do PCB que você usa

Uma série de fatores afetará o tipo de acabamento de PCB que você decidir usar. É essencial considerar todos esses fatores como um todo integrado. Embora todos tenham peso no processo, seu O PCB pode não sair como pretendido se você favorecer muito uma característica sobre as outras. Por exemplo, você pode escolher HASL sem chumbo por causa de seu custo-benefício, mas depois perceber que sua coplanaridade está faltando em comparação com outros processos de acabamento.

Abaixo estão alguns componentes cruciais para se ter em mente ao investigar os vários acabamentos de superfície de PCB.

1. Custo

Quanto você gasta no acabamento da superfície é determinado pelo tipo que você escolher. A qualidade do acabamento também influencia no custo. Os acabamentos HASL são mais acessíveis do que os tipos ENIG, mas podem não atender à qualidade exata padrões que você espera.

O preço de fabricação da placa em si também será importante. Após a fabricação inicial, haverá espaço em seu orçamento para selecionar métodos de acabamento mais avançados, como ENIG? PCBs para indústrias como eletrônicos de consumo são decididamente mais barato de fabricar, o que pode permitir que você utilize acabamentos mais caros para resultados de maior qualidade.

2. Volume

O volume de produção pode afetar significativamente o tipo de acabamento de superfície que você usa. Por exemplo, um acabamento de superfície que consiste em estanho de imersão começará a manchar logo após ser depositado na PCB de cobre. O volume de PCBs pode ajudá-lo a evitar manchas.Se você tiver um lote pequeno, pode ser melhor optar por um acabamento como prata de imersão.

3. Cosméticos

Processos como HASL e OSP tendem a oferecer um valor estético melhor do que ENIG, que é outro componente que pode influenciar o tipo que você seleciona. Você precisa de uma superfície brilhante que seja menos suscetível à corrosão por fluência? bigodes e problemas semelhantes Você pode querer evitar lidar com materiais como prata e estanho e escolher outras opções que são menos propensas a causar corrosão significativa.

Tipos de acabamentos de superfície de PCB

Embora existam muitos tipos de acabamentos de superfície de PCB, abordaremos três bem conhecidos aqui — HASL, OSP e ENIG.

1. HASL e HASL sem chumbo

Um acabamento de superfície HASL oferece soldabilidade de alta qualidade e acomoda vários ciclos térmicos, além de ser uma das opções mais acessíveis. Ele já serviu como padrão da indústria, embora padrões sob a Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS) fizeram com que o HASL não estivesse em conformidade. Por sua vez, o HASL sem chumbo tornou-se a opção mais aceitável em termos de seus impactos ambientais e de saúde. Embora o HASL tenha uma longa história na indústria e seja bem conhecido entre os engenheiros, o chumbo -free HASL é mais seguro de usar e se adapta melhor às necessidades de diretivas como RoHS.

Os acabamentos HASL são criados mergulhando a placa em uma solda de estanho e chumbo ou estanho e níquel e mantendo-a ali por algum tempo. Uma vez que o PCB é removido, rajadas quentes de ar chamadas facas de ar removem o acabamento em excesso. O acabamento HASL permite uma grande janela de processamento, mas vários fatores podem afetar sua uniformidade e, portanto, sua soldabilidade. O ângulo das facas de ar, a pressão do ar e a velocidade de entrada e remoção da placa PCB da solda influenciam a qualidade do acabamento.

Você encontrará acabamentos de superfície HAL e HASL sem chumbo usados ​​para aplicações como:

• Testes elétricos: Os acabamentos HASL fornecem proteção automática para os blocos e vias de teste durante o teste elétrico das placas de circuito.
• Soldagem manual: Os acabamentos HASL são uma opção adequada para processos de soldagem manual, pois as juntas são facilmente moldáveis.
• Eletrônica de alto desempenho: O HASL costuma ser uma ótima opção para aplicativos de alto desempenho e alta confiabilidade, como dispositivos aeroespaciais e militares, devido à sua capacidade de formar juntas fortes.

2. OSP

Um acabamento de superfície OSP é um exemplo de acabamento de PCB orgânico. Não há toxinas envolvidas no processo, tornando-o ecologicamente correto, mantendo suas propriedades protetoras e anticorrosivas. ausência de produtos químicos nocivos, as placas OSP também são compatíveis com RoHS. Este acabamento à base de água fornece uma superfície plana para anexar componentes PCB adicionais e, como o processo HASL, é econômico.

OSP pode ser usado como um substituto eficaz para HASL sem chumbo devido à sua co-planaridade. é sem dúvida a melhor escolha.

A aplicação de um acabamento de superfície OSP a um PCB geralmente envolve um método químico transportador ou um tanque de imersão vertical. O processo geralmente se parece com isso, com lavagens entre cada etapa:

1. Limpeza: A superfície de cobre do PCB é limpa de óleo, impressões digitais e outros contaminantes que podem afetar o nivelamento do acabamento aplicado.
2. Aprimoramento da topografia: A superfície de cobre exposta sofre microgravação para aumentar a ligação entre a placa e o OSP. Este processo também reduz a oxidação. Para atingir a espessura adequada do filme, a microgravura deve ser mantida em uma velocidade consistente.
3. Enxaguamento ácido: O PCB passa por uma lavagem com ácido em uma solução de ácido sulfúrico.
4. Aplicativo OSP: Neste ponto do processo, a solução OSP é aplicada ao PCB.
5. Enxágüe de deionização: A solução OSP é infundida com íons para permitir uma fácil eliminação durante a soldagem. Este enxágue deve ser usado antes da formação dos conservantes para evitar manchas devido à presença de outros íons na solução OSP.
6. Seco: Após a aplicação do acabamento OSP, a PCB deve ser seca.

OSP oferece um processo simples e acessível, mas também é importante ter em mente que é extremamente sensível ao manuseio e pode reter facilmente arranhões, o que pode prejudicar sua soldabilidade. Além disso, sua vida útil é menor que a do ENIG ou HASL.

Usos comuns para OSP incluem:

• Dispositivos de pitch fino: Esse acabamento é melhor para aplicar em dispositivos de pitch fino devido à falta de almofadas coplanares ou superfícies irregulares.
• Placas de servidor: Os usos do OSP variam de aplicativos de baixo custo a placas de servidor de alta frequência. Essa ampla variação na usabilidade o torna adequado para inúmeras aplicações. Também é frequentemente usado para acabamento seletivo.
• Tecnologia de montagem em superfície (SMT): OSP funciona bem para montagem SMT, para quando você precisa anexar um componente diretamente à superfície de um PCB.

3. ENIG

Apesar do preço mais alto do acabamento de superfície ENIG, ele tem uma alta taxa de sucesso na produção de produtos de alta qualidade. Resiste a vários ciclos térmicos, apresenta ótima soldabilidade e é uma opção adequada para fios Como o nome sugere, é composto por duas camadas de revestimento - níquel e ouro. O níquel protege a camada base de cobre e permite a fixação segura dos componentes elétricos, enquanto o ouro serve como medida anticorrosiva para o níquel.

ENIG pode ser usado em situações onde são necessárias tolerâncias apertadas para elementos de PCB, como furos revestidos, pois o HASL não é tão eficaz para isso. Como OSP, oferece excelente planicidade e é ideal para pitch fino dispositivos.

A aplicação do revestimento ENIG requer que o níquel seja depositado sobre uma superfície de cobre catalisada com paládio. O estágio de ouro de imersão faz com que o ouro adira ao níquel por meio de uma troca molecular. ENIG é semelhante ao OSP em sua inclusão de microgravação e enxágue entre cada etapa - o processo inclui estas etapas:

1. Limpeza.
2. Microgravura.
3. Pré-mergulho.
4. Aplicando o ativador.
5. Pós-mergulho.
6. Aplicando o níquel eletrolítico.
7. Aplicando o ouro de imersão.

As aplicações padrão para um acabamento de superfície ENIG incluem:

• Componentes de superfície complexos: Por causa de sua superfície plana, esse tipo de acabamento é uma escolha preferível para componentes PCB complexos que exigem superfícies lisas, como matrizes de grade de esferas (BGAs) ou pacotes quad flat (QFPs).
• Colagem de fios: Os acabamentos ENIG permitem uma ligação mínima de fios de alumínio, embora não sejam compatíveis com ouro.
• Aplicativos de alta confiabilidade: Você encontrará frequentemente acabamentos de superfície ENIG usados ​​para PCBs em indústrias como aeroespacial, militar, médica e consumidores de alta qualidade. Sua qualidade o torna adequado para aplicações onde precisão e durabilidade são vitais.

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Com tantos acabamentos de superfície para escolher, pode ser difícil descobrir qual é o melhor para a aplicação desejada. Felizmente, o Millennium Circuits Unlimited pode ajudá-lo durante todo o processo.

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