PCB Surface Finish Ultimate Guide - Como escolher o mais adequado

Acabamento da superfície do PCB – Um dos aspectos mais críticos da placa de circuito impresso (PCB) é o acabamento da superfície. O acabamento aplicado no PCB determina sua eficácia e longevidade. Mas com tantas opções disponíveis, como escolher a ideal? Leia mais para descobrir.

1. Acabamento da superfície da placa de circuito impresso —O que é o Acabamento de Superfície PCB?

Um acabamento de superfície PCB é o revestimento entre a placa de circuito impresso nua e um componente. PCBs têm acabamentos de cobre que são suscetíveis à oxidação e deterioração se deixados desprotegidos. Para tal, torna-se necessário aplicar o acabamento para duas finalidades cruciais:

• Para proteger a superfície e os circuitos de cobre

• Para preparar a superfície para soldar componentes associados durante a montagem

Agora vamos dar uma olhada nos tratamentos de superfície específicos e as diferenças entre eles.

2. Acabamento da superfície da placa de circuito impresso —7 tipos de acabamento e comparação de superfície de PCB

Existem sete tipos de acabamentos de superfície PCB, e cada um vem com suas vantagens e desvantagens:

• Nivelamento de solda a ar quente (HASL)

HASL é o acabamento de superfície mais comum. É também o mais acessível. O processo de aplicação envolve mergulhar o PCB em uma solução de solda derretida e, em seguida, soprar o resíduo usando uma faca de ar quente. A resolução da solda fundida é feita de ligas de chumbo e estanho.

Vantagens

A vantagem mais significativa do acabamento de superfície HASL é que ele é econômico. Outras vantagens incluem:

• Permite uma janela de processamento maior
• Aplica-se a uma ampla variedade de PCBs
• O fornece excelente soldabilidade

Desvantagens

Como mencionado, este acabamento superficial envolve a imersão da placa em uma solução de solda derretida composta de chumbo e estanho. Isso o torna inadequado para painéis que exigem conformidade com RoHS. Essa deficiência está ligada a outras desvantagens que incluem:

• Há uma diferença de espessura entre almofadas grandes e pequenas
• Não é adequado para produtos HDI
• Causa uma ponte no tom fino
• Não é adequado para BGAs e SMDs medindo menos de 20mil de diâmetro
• HASL sem chumbo

O HASL sem chumbo é o acabamento de superfície mais popular usado em PCBs atualmente. É aplicado por imersão do PCB em uma liga de chumbo fundido, ou chumbo de liga de estanho ou chumbo de liga de estanho ou liga de estanho, o que garante que toda a superfície seja coberta. Facas de ar são então usadas para soprar o resíduo para um revestimento uniforme.

Vantagens

Uma das vantagens mais significativas do HASL sem chumbo é que ele expõe possíveis problemas de delaminação, expondo o PCB a temperaturas de cerca de 2650C. Outras vantagens incluem:

• Está amplamente disponível
• É ecologicamente correto
• Assegura a durabilidade
• É re-trabalhável
• É acessível

Desvantagens

• Pode criar choque térmico
• Pode resultar em superfícies irregulares
• Não é ideal para arremessos finos
• Pode unir soldas
• Reduz o PTH (orifícios de passagem)
• Lata de imersão (ISN)

Immersion Tin é o acabamento de superfície ideal para produtos de passo fino, planar, backplanes e press fit. O ISN é aplicado iniciando uma reação de deslocamento químico com a superfície de cobre do PCB.

Acabamento de Superfície PCB–Vantagens

A lata de imersão vem com uma ampla gama de vantagens que superam em muito suas deficiências. Eles incluem:

• cria uma superfície uniforme, diferente do HASL sem chumbo
• Pode ser retrabalhado
• Pode ser substituído por solda refluída
• É altamente confiável
• É ideal para uma ampla variedade de PCBs

Desvantagens

O estanho e o cobre têm uma forte afinidade entre si. Isso significa que a difusão de um desses metais no outro é inevitável. O resultado é uma vida útil mais curta quando comparada à maioria dos outros acabamentos de superfície de PCB. Também pode limitar o desempenho do PCB. É o seu defeito mais significativo. Outras deficiências incluem:

• não é ideal para PTH
• Pode ser reformulado, mas de forma limitada devido à sua curta vida útil
• Isso resulta em bigodes de estanho
• Pode danificar a máscara de solda
• É difícil de manusear e pode resultar em uma ampla gama de danos
• Pode não ser saudável para os manipuladores, pois contém um agente cancerígeno conhecido como Thoreau

Custo da lata de imersão

• Prata de Imersão (IAG)

A prata de imersão tem sido amplamente popular desde que a diretiva WEEE e RoHS foi aprovada. É considerado uma excelente alternativa ao ENIG por vários motivos, sendo o principal deles o fato de ser ideal para pitch fino. A prata de imersão é usada principalmente para ligação de fios de alumínio, interruptores de membrana e blindagem EMI.

Vantagens

Uma das principais vantagens da prata por imersão é que ela contém OSP, que evita o embaçamento. No entanto, isso também torna necessário que o PCB seja embalado imediatamente após a aplicação, pois o OSP é sensível a contaminantes na placa, as vantagens da prata de imersão incluem:
Está em conformidade com as diretivas e requisitos RoHS

• Adequado para pitch fino
• A vida útil moderada de cerca de 12 meses
• Altamente estável quando comparado a outros acabamentos de superfície
• Ideal para planos
• É acessível e econômico

Acabamento da superfície do PCB – Desvantagens

Como mencionado anteriormente, a presença de OSP torna a prata de imersão suscetível a manchas, que é sua falha mais significativa. Outras deficiências incluem:

• Pode resultar em bigodes prateados
• Não é adequado para interação com pino compatível, pois possui um alto coeficiente de fração
• Alguns de seus sistemas não podem lançar em proporções de microvias de 1:1
• Ouro de imersão em níquel sem eletrodo (ENIG)
  

A imersão em níquel eletrolítico está rapidamente se tornando popular na indústria de PCB, pois supera muitas das deficiências significativas associadas a outros acabamentos de superfície. O ENIG tem um processo de candidatura em duas partes. Primeiro, uma camada de níquel é aplicada para servir tanto como barreira ao cobre quanto como superfície adequada na qual os componentes podem ser soldados. Outra camada de ouro é então usada para proteger a camada de níquel durante o tempo em que a placa estiver armazenada.

Acabamento de Superfície PCB–Vantagens

A vantagem mais significativa do ENIG é que ele é ideal para a nova e futura geração de componentes de superfície complexos, incluindo flip chips e BGAs; outros acabamentos de superfície apresentam deficiências que limitam sua aplicação nessas novas placas. Outras vantagens incluem:

• É ideal para superfícies planas como as camadas de níquel e ouro tão finas e uniformes
• Não contém lead
• Ideal para PTHs
• Tem uma longa vida útil

Desvantagens

houghAlthoughEmbora o ENIG tenha uma longa vida útil, ele também tem sido associado à “síndrome da almofada preta”, um problema comum que leva ao acúmulo de fósforo entre as camadas de níquel e ouro, resultando em fraturas e conexões defeituosas da placa. A única outra grande desvantagem é que não é ideal para retrabalho.

• Níquel Paládio (ENEPIG)

O acabamento de superfície de PCB de Níquel Paládio (ENEPIG) é uma atualização do ENIG. No ENIG, o ouro de imersão demonstrou destruir a camada de níquel. A ENEPIG introduz uma camada de revestimento de paládio entre as camadas de ouro e níquel.

Vantagens

ENEPIG foi apelidado de 'acabamento universal' porque se aplica a muitas placas modernas e altamente avançadas com vários pacotes de superfície. Ele vem com uma série de vantagens que incluem:

• Isso cria uma superfície plana.
• Fácil de processar
• Não tem efeito tóxico na pele.
• Não contém chumbo.
• Ideal para vários ciclos de refluxo
• É altamente compatível com soldas Sn-Ag-Cu.
• Tem uma longa vida útil.

Desvantagens

• Muitas vezes resulta na ocorrência de black pad
• Reduz a confiabilidade da junta de solda
• A camada de paládio é muito espessa para suportar o desempenho de soldabilidade
• Demora mais para molhar em comparação com outros acabamentos de superfície
• É afetado pelas condições de galvanização
• É caro em comparação com a maioria dos outros acabamentos de superfície
  OSP (Conservante de Soldagem Orgânico)

OSP é um acabamento de superfície orgânico à base de água. É seletivo em sua ligação com o cobre e também torna o PCB soldável.

Acabamento de Superfície PCB–Vantagens

O acabamento de superfície OSP é notável por sua compatibilidade com o meio ambiente, pois é orgânico e à base de água. Também facilita a aplicação e o processo é relativamente curto e direto em comparação com outros acabamentos de superfície. Suas vantagens incluem:

• Fornece uma superfície uniforme e coplanar
• Requer baixa manutenção do equipamento
• Não contém lead
• É reparável

Desvantagens

O OSP é orgânico e à base de água, tornando-o bastante sensível a danos no manuseio. Está ligado a várias outras deficiências:

• Tem uma vida útil curta

• É terrível para PTH

Acabamento de superfície de PCB – Como escolher acabamentos de superfície de PCB

As diferenças nesses tipos de acabamentos de superfície de PCB os tornam adequados e inadequados para usos específicos. Para isso, quem procura aplicar o acabamento superficial ideal deve considerar vários fatores:

• Acabamento da superfície do PCB – Planicidade da almofada

Conforme mencionado, alguns acabamentos de superfície resultam em superfícies irregulares que podem impedir o desempenho, a soldabilidade e outros fatores. Se a planicidade for um fator importante, considere acabamentos de superfície que tenham camadas finas e uniformes. As opções adequadas, neste caso, incluem ENIG, ENEPIG e OSP.

• Soldabilidade e molhabilidade

A soldabilidade é sempre um fator crucial ao trabalhar com PCBs. Acabamentos de superfície específicos, como OSP e ENEPIG, mostraram dificultar a soldabilidade, enquanto outros, como HASL, são ideais para isso.

• Colagem de fios de ouro ou alumínio

Se o seu PCB requer ligação de fio de ouro ou alumínio, suas opções podem ser limitadas a ENIG e ENEPIG.

• Condições de armazenamento

Como mencionado, alguns acabamentos de superfície, como OSP, tornam os PCBs frágeis durante o manuseio, enquanto outros melhoram a durabilidade. Deve ser considerado de antemão ao levar em consideração os requisitos de armazenamento e manuseio. Somente quando os requisitos de armazenamento e manuseio sem riscos podem ser atendidos, os acabamentos de superfície que tornam os PCBs delicados devem ser aplicados.

• Ciclos de solda

Quantas vezes o PCB será soldado e retrabalhado? Como mostrado, muitos acabamentos de superfície são ideais para retrabalho. Outros, como estanho de imersão, no entanto, não são ideais para retrabalho.

• Acabamento de Superfície PCB – Conformidade com RoHS

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

Conclusão

Conforme descrito, cada tipo de acabamento de superfície possui elementos únicos que o diferenciam dos demais. Esses elementos tornam esses acabamentos adequados e inadequados para aplicações específicas, e a opção ideal depende, em última análise, da composição do PCB.

Na WellPCB, temos uma vasta experiência com placas PCB e acabamentos de superfície. Entre em contato para saber mais sobre os diferentes tipos de superfícies de PCB e muito mais! Adoraríamos ajudá-lo a encontrar o acabamento de superfície ideal para o seu PCB.