Comment choisir la finition de surface pour la conception de votre PCB
Ⅱ Évaluation et comparaison
Publié : 16 novembre 2022
Catégories : Blogues
Mots clés: carte de circuit imprimé,PCB,assemblage de circuits imprimés,fabrication de circuits imprimés, finition de surface du circuit imprimé
Il existe de nombreux conseils concernant la finition de surface, comme le HASL sans plomb qui a du mal à avoir une planéité constante.Le Ni/Au électrolytique est très cher et si trop d’or est déposé sur le plot, cela peut conduire à des joints de soudure cassants.L'étain par immersion présente une dégradation de la soudabilité après une exposition à plusieurs cycles de chaleur, comme dans un processus de refusion PCBA sur les côtés supérieur et inférieur, etc. Les différences entre les finitions de surface ci-dessus doivent être clairement conscientes.Le tableau ci-dessous montre une évaluation approximative des finitions de surface souvent appliquées sur les cartes de circuits imprimés.
Tableau 1 Brève description du processus de fabrication, des avantages et des inconvénients importants et des applications typiques des finitions de surface sans plomb populaires des PCB
| Finition de surface des circuits imprimés | Processus | Épaisseur | Avantages | Désavantages | Applications typiques |
| HASL sans plomb | Les cartes PCB sont immergées dans un bain d'étain fondu, puis soufflées par des couteaux à air chaud pour éliminer les aplatissements et l'excès de soudure. | 30µin(1µm) -1500µin(40µm) | Bonne soudabilité ;Largement disponible;Peut être réparé/retravaillé ;Longue étagère longue | Surfaces inégales ;Choc thermique;Mauvais mouillage ;Pont à souder ;PTH branchés. | Largement applicable ;Convient aux coussinets et espacements plus grands ;Ne convient pas au HDI avec un pas fin <20 mil (0,5 mm) et au BGA ;Pas bon pour la PTH ;Ne convient pas aux PCB en cuivre épais ;Généralement, application : cartes de circuits imprimés pour les tests électriques, le soudage manuel, certains appareils électroniques hautes performances tels que les appareils aérospatiaux et militaires. |
| OSP | Application chimique d'un composé organique sur la surface des panneaux formant une couche métallique organique pour protéger le cuivre exposé de la rouille. | 46µin (1,15µm)-52µin (1,3µm) | Faible coût;Les coussinets sont uniformes et plats ;Bonne soudabilité ;Peut être uni avec d'autres finitions de surface ;Le processus est simple ;Peut être retravaillé (à l'intérieur de l'atelier). | Sensible à la manipulation ;Durée de conservation courte.Étalement de soudure très limité ;Dégradation de la soudabilité avec des températures et des cycles élevés ;Non conductrice;Difficile à inspecter, sonde ICT, problèmes ioniques et d'ajustement par pression | Largement applicable ;Bien adapté pour SMT/pas fins/BGA/petits composants ;Servir les planches ;Pas bon pour les PTH ;Ne convient pas à la technologie de sertissage |
| ENIG | Un processus chimique qui plaque le cuivre exposé avec du nickel et de l'or, il consiste donc en une double couche de revêtement métallique. | 2 µin (0,05 µm) – 5 µin (0,125 µm) d'or sur 120 µin (3 µm) – 240 µin (6 µm) de nickel | Excellente soudabilité ;Les coussinets sont plats et uniformes ;Flexibilité du fil Al ;Faible résistance de contact ;Longue durée de conservation ;Bonne résistance à la corrosion et durabilité | Préoccupation « Black Pad » ;Perte de signal pour les applications d'intégrité du signal ;incapable de retravailler | Excellent pour l'assemblage de pas fins et le placement de montages en surface complexes (BGA, QFP…) ;Excellent pour plusieurs types de soudure ;Préférable pour PTH, ajustement serré ;Fil pouvant être collé ;Recommandé pour les PCB avec des applications de haute fiabilité telles que les consommateurs aérospatiaux, militaires, médicaux et haut de gamme, etc. ;Non recommandé pour les tablettes tactiles. |
| Ni/Au électrolytique (or doux) | Pur à 99,99 % – Or 24 carats appliqué sur une couche de nickel par un processus électrolytique avant le masque de soudure. | 99,99 % d'or pur, 24 carats 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) sur 100 µin (2,5 µm) -200 µin (5 µm) de nickel | Surface dure et durable ;Grande conductivité ;Platitude;Flexibilité du fil Al ;Faible résistance de contact ;Longue durée de conservation | Cher;Au fragilisation si trop épaisse ;Contraintes de mise en page ;Traitement supplémentaire/intensité de travail ;Ne convient pas pour le soudage ;Le revêtement n'est pas uniforme | Principalement utilisé dans la liaison de fils (Al et Au) dans des boîtiers de puces tels que COB (Chip on Board) |
| Ni/Au électrolytique (or dur) | 98 % pur – Or 23 carats avec durcisseurs ajoutés au bain de placage appliqué sur une couche de nickel par un processus électrolytique. | 98 % d'or pur, 23 carats 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) sur 100 µin (2,5 µm) -150 µin (4 µm) de nickel | Excellente soudabilité ;Les coussinets sont plats et uniformes ;Flexibilité du fil Al ;Faible résistance de contact ;Retravaillable | Corrosion du ternissement (manipulation et stockage) dans un environnement à haute teneur en soufre ;Options de chaîne d’approvisionnement réduites pour soutenir cette finition ;Fenêtre de fonctionnement courte entre les étapes d’assemblage. | Principalement utilisé pour l'interconnexion électrique telle que les connecteurs de bord (doigt doré), les cartes porteuses IC (PBGA/FCBGA/FCCSP...), les claviers, les contacts de batterie et certains tampons de test, etc. |
| Agriculture par immersion | une couche d'argent est déposée sur la surface du cuivre par un processus de placage autocatalytique après gravure mais avant le masque de soudure | 5µin(0,12µm) -20µin(0,5µm) | Excellente soudabilité ;Les coussinets sont plats et uniformes ;Flexibilité du fil Al ;Faible résistance de contact ;Retravaillable | Corrosion du ternissement (manipulation et stockage) dans un environnement à haute teneur en soufre ;Options de chaîne d’approvisionnement réduites pour soutenir cette finition ;Fenêtre de fonctionnement courte entre les étapes d’assemblage. | Alternative économique à ENIG pour les traces fines et BGA ;Idéal pour les applications de signaux à grande vitesse ;Idéal pour les interrupteurs à membrane, le blindage EMI et la liaison de fils d'aluminium ;Convient pour un ajustement par pression. |
| Écran d'immersion | Dans un bain chimique autocatalytique, une fine couche blanche d’étain se dépose directement sur le cuivre des circuits imprimés comme barrière pour éviter l’oxydation. | 25µin (0,7µm)-60µin (1,5µm) | Idéal pour la technologie d’ajustement par pression ;Rentable;Planaire ;Excellente soudabilité (à l’état frais) et fiabilité ;Platitude | Dégradation de la soudabilité avec des températures et des cycles élevés ;L'étain exposé lors de l'assemblage final peut se corroder ;Gestion des problèmes ;Wiskering en étain;Ne convient pas au PTH ;Contenant de la thiourée, un cancérigène connu. | Recommandé pour les productions en grande quantité ;Bon pour le placement CMS, BGA ;Idéal pour l'ajustement à la presse et les fonds de panier ;Non recommandé pour les PTH, les interrupteurs à contact et l'utilisation avec des masques pelables |
Tableau 2 Une évaluation des propriétés typiques des finitions de surface des PCB modernes sur la production et l'application
| Production des finitions de surface les plus couramment utilisées | |||||||||
| Propriétés | ENIG | ENEPIG | Or doux | Or dur | IAg | ESTn | HASL | HASL-LF | OSP |
| Popularité | Haut | Faible | Faible | Faible | Moyen | Faible | Faible | Haut | Moyen |
| Coût du processus | Élevé (1,3x) | Élevé (2,5x) | Le plus élevé (3,5x) | Le plus élevé (3,5x) | Moyen (1,1x) | Moyen (1,1x) | Faible (1,0x) | Faible (1,0x) | Le plus bas (0,8x) |
| Dépôt | Immersion | Immersion | Électrolytique | Électrolytique | Immersion | Immersion | Immersion | Immersion | Immersion |
| Durée de conservation | Long | Long | Long | Long | Moyen | Moyen | Long | Long | Court |
| Conforme RoHS | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | No | Oui | Oui |
| Co-planarité de surface pour SMT | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | Excellent | Pauvre | Bien | Excellent |
| Cuivre exposé | No | No | No | Oui | No | No | No | No | Oui |
| Manutention | Normale | Normale | Normale | Normale | Critique | Critique | Normale | Normale | Critique |
| Effort de processus | Moyen | Moyen | Haut | Haut | Moyen | Moyen | Moyen | Moyen | Faible |
| Capacité de retouche | No | No | No | No | Oui | Non suggéré | Oui | Oui | Oui |
| Cycles thermiques requis | plusieurs | plusieurs | plusieurs | plusieurs | plusieurs | 2-3 | plusieurs | plusieurs | 2 |
| Problème de moustache | No | No | No | No | No | Oui | No | No | No |
| Choc thermique (PCB MFG) | Faible | Faible | Faible | Faible | Très lent | Très lent | Haut | Haut | Très lent |
| Faible résistance/haute vitesse | No | No | No | No | Oui | No | No | No | N / A |
| Applications des finitions de surface les plus couramment utilisées | |||||||||
| Applications | ENIG | ENEPIG | Or doux | Or dur | IAg | ESTn | HASL | LF-HASL | OSP |
| Rigide | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui |
| Fléchir | Limité | Limité | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui |
| Flex-Rigide | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Non préféré |
| Gazon correct | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Non préféré | Non préféré | Oui |
| BGA et µBGA | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Non préféré | Non préféré | Oui |
| Soudabilité multiple | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Limité |
| Retourner la puce | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | No | No | Oui |
| Ajustement à la presse | Limité | Limité | Limité | Limité | Oui | Excellent | Oui | Oui | Limité |
| À travers le trou | Oui | Oui | Oui | Oui | Oui | No | No | No | No |
| Liaison par fil | Oui (Al) | Oui (Al, Au) | Oui (Al, Au) | Oui (Al) | Variable (Al) | No | No | No | Oui (Al) |
| Mouillabilité de la soudure | Bien | Bien | Bien | Bien | Très bien | Bien | Pauvre | Pauvre | Bien |
| Intégrité des joints de soudure | Bien | Bien | Pauvre | Pauvre | Excellent | Bien | Bien | Bien | Bien |
La durée de conservation est un élément essentiel à prendre en compte lors de l’établissement de vos calendriers de fabrication.Durée de conservationest la fenêtre opérationnelle qui garantit à la finition une soudabilité complète du PCB.Il est essentiel de s'assurer que tous vos PCB sont assemblés pendant la durée de conservation.Outre le matériau et le processus de fabrication des finitions de surface, la durée de conservation de la finition est fortement influencée.par le conditionnement et le stockage des PCB.Le strict respect de la bonne méthodologie de stockage suggérée par les directives IPC-1601 préservera la soudabilité et la fiabilité des finitions.
Tableau 3 : Comparaison de la durée de conservation entre les finitions de surface populaires des PCB
|
| DURÉE DE VIE typique | Durée de conservation suggérée | Chance de retravailler |
| HASL-LF | 12 mois | 12 mois | OUI |
| OSP | 3 mois | 1 mois | OUI |
| ENIG | 12 mois | 6 mois | NON* |
| ENEPIG | 6 mois | 6 mois | NON* |
| Ni/Au électrolytique | 12 mois | 12 mois | NO |
| IAg | 6 mois | 3 mois | OUI |
| ESTn | 6 mois | 3 mois | OUI** |
* Pour la finition ENIG et ENEPIG, un cycle de réactivation est disponible pour améliorer la mouillabilité de la surface et la durée de conservation.
** La retouche chimique de l'étain n'est pas suggérée.
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Heure de publication : 16 novembre 2022
