Acabados superficiales de PCB:HASL, OSP y ENIG

Al crear acabados superficiales para placas de circuito impreso (PCB), puede elegir entre materiales orgánicos o metálicos. Saber qué tipos de acabados superficiales existen es bastante simple, pero ¿cómo determinar cuál es ¿Lo mejor para su PCB? Comparten similitudes, pero cada uno tiene sus propios beneficios, desventajas y consideraciones técnicas.

Si se pregunta cómo seleccionar la técnica de acabado correcta, este artículo puede ayudarlo a obtener más información sobre tres tipos comunes:nivelación de soldadura por aire caliente (HASL), conservante de soldabilidad orgánica (OSP) y Oro de inmersión en níquel electrolítico (ENIG).

La importancia del acabado de la superficie de su PCB

El acabado de la superficie que elija para su PCB tendrá un impacto significativo en su calidad y utilidad dentro de su pieza principal. El acabado evita que la capa de cobre de la PCB se oxide, lo que de otro modo disminuiría su soldabilidad. La aplicación de un acabado protege la placa de la oxidación antes de agregar los componentes, lo que garantiza que pueda soldar los elementos adicionales según sea necesario. Debido a que las conexiones eléctricas de la placa de circuito impreso dependen de una conductividad de cobre adecuada, es esencial evitar la oxidación y adherir los componentes según sea necesario.

La selección del acabado adecuado dependerá de varios factores, como el proceso de acabado, el diseño de la placa de circuito impreso y la calidad del resultado final. No todos los tipos de acabado son apropiados para todas las placas de circuito impreso. algunas características a tener en cuenta al considerar las diferentes:

1. Soldabilidad

Evitar los problemas de soldadura es esencial para crear una PCB que funcione según lo previsto. Las superficies lisas son necesarias para garantizar una conexión que funcione adecuadamente en su entorno determinado. Considere si el acabado de la superficie se puede soldar directamente a el cobre, como en el caso del estaño por inmersión, o si es una técnica por capas, como ENIG.

Una buena unión de cables también es crucial, considerando que diferentes metales requieren técnicas de fabricación únicas y se comportan de manera diferente incluso en los mismos entornos. Los cables pueden consistir en materiales como aluminio, oro y cobre, con cada acabado de superficie tipo siendo compatible o incompatible con estos elementos.

2. Tiempo de procesamiento

La ventana de procesamiento para un acabado específico puede ser grande o pequeña; los acabados como HASL tienen ventanas de procesamiento más grandes.

El tiempo que toma el proceso depende de qué tan complejo sea el ensamblaje. Algunos acabados superficiales, como OSP, tienen ciclos térmicos limitados y no pueden soportar numerosos procesos de soldadura. Después de algunos ciclos, desaparecerá y la placa de circuito impreso perderá su protección contra la oxidación. Sin embargo, un acabado de superficie OSP para una placa de circuito impreso se puede volver a trabajar durante la fabricación. Lo mismo se aplica a la plata de inmersión.

ENIG es un proceso de acabado más complejo y tarda más en completarse, lo que puede hacer que sea mejor usarlo para líneas de producción de PCB que no necesitan generar una gran cantidad de PCB en poco tiempo .

3. Confiabilidad

¿Qué tan bien resistirá el entorno el acabado de superficie elegido? Si su PCB debe cumplir con requisitos específicos de confiabilidad, querrá un acabado que los acomode. Aunque el costo es solo un componente de los muchos otros elementos mencionados aquí, debe considerar qué tan alto será el costo de la falla si el acabado de la placa de circuito impreso no funciona según lo previsto y no protege la superficie.

El IPC ofrece un conjunto de estándares en su Manual de métodos de prueba TM-650 que detalla diferentes formas de probar la confiabilidad y la calidad de las PCB. Estas incluyen técnicas como la verificación dimensional, la resistencia química y la ductilidad del cobre. y la cantidad de pérdida de señal. Una prueba utiliza productos químicos como el ácido sulfúrico y el isopropanol para determinar los efectos que estas sustancias tienen en los materiales dieléctricos de PCB.

4. Corrosión

Algunos tipos de acabado de superficie, como la plata, pueden ser más vulnerables a la corrosión por fluencia que otros. Este tipo de corrosión puede ocurrir prácticamente con cualquier tipo de acabado que utilice, pero es más común con la plata de inmersión. A medida que la corrosión de los elementos metálicos se propaga a lo largo de la superficie de la PCB, puede causar cortocircuitos debido a la interacción con las características vecinas en la placa. Este problema se ha vuelto más común a medida que aumenta el uso generalizado de los acabados sin plomo, ya que el plomo fue notablemente efectivo. en proporcionar resistencia a la corrosión.

La corrosión por fluencia también es más común en ambientes húmedos y ricos en azufre. Considere a qué tipo de configuraciones estarán expuestas sus PCB antes de instalarse en cualquier acabado de superficie. El medio ambiente puede tener una influencia importante para determinar los ciclos de vida de sus productos.

Otros acabados como el estaño de inmersión son propensos a desarrollar bigotes, aunque los agentes antimigración pueden reducir este problema.

Factores que afectan el acabado superficial de PCB que utiliza

Una variedad de factores afectará el tipo de acabado de PCB que decida usar. Es esencial considerar todos estos factores como un todo integrado. Aunque todos tienen peso dentro del proceso, su acabado Es posible que la placa de circuito impreso no resulte según lo previsto si favorece mucho una característica sobre las demás. Por ejemplo, puede elegir HASL sin plomo debido a su rentabilidad, pero luego se da cuenta de que falta su coplanaridad en comparación con otros procesos de acabado.

A continuación se presentan algunos componentes cruciales que se deben tener en cuenta al investigar los diversos acabados superficiales de PCB.

1. Costo

La cantidad que gasta en el acabado de la superficie está determinada por el tipo que elija. La calidad del acabado también influye en el costo. Los acabados HASL son más asequibles que los tipos ENIG, pero es posible que no cumplan con la calidad precisa estándares que espera.

El precio de fabricar la placa en sí también será importante. Después de la fabricación inicial, ¿habrá espacio en su presupuesto para seleccionar métodos de acabado más avanzados como ENIG? Las PCB para industrias como la electrónica de consumo son decididamente menos costoso de fabricar, lo que puede permitirle utilizar acabados más costosos para obtener resultados de mayor calidad.

2. Volumen

El volumen de producción puede afectar significativamente el tipo de acabado de superficie que utilice. Por ejemplo, un acabado de superficie que consista en estaño de inmersión comenzará a deslustrarse poco después de depositarse en la placa de circuito impreso de cobre. El volumen de PCB puede ayudarlo a evitar el deslustre. Si tiene un lote pequeño, puede ser mejor optar por un acabado como plata de inmersión.

3. Cosméticos

Los procesos como HASL y OSP tienden a ofrecer un mejor valor estético que ENIG, que es otro componente que podría influir en el tipo que seleccione. ¿Necesita una superficie brillante que sea menos susceptible a la corrosión por fluencia? bigotes y problemas similares? Es posible que desee evitar trabajar con materiales como la plata y el estaño y elegir otras opciones que tengan menos probabilidades de causar una corrosión significativa.

Tipos de acabados superficiales de PCB

Aunque existen muchos tipos de acabados superficiales de PCB, aquí cubriremos tres muy conocidos:HASL, OSP y ENIG.

1. HASL y HASL sin plomo

Un acabado de superficie HASL ofrece soldabilidad de alta calidad y se adapta a múltiples ciclos térmicos, además de ser una de las opciones más asequibles. Alguna vez sirvió como el estándar de la industria, aunque los estándares bajo la Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS) han causado que HASL no cumpla con los requisitos. A su vez, HASL sin plomo se ha convertido en la opción más aceptable en términos de sus impactos ambientales y de salud. Aunque HASL tiene una larga historia en la industria y es bien conocido entre los ingenieros, el plomo -HASL libre es más seguro de usar y se adapta mejor a las necesidades de directivas como RoHS.

Los acabados HASL se crean sumergiendo la placa en una soldadura de estaño y plomo o estaño y níquel y manteniéndola allí durante algún tiempo. Una vez que se retira la PCB, se eliminan ráfagas de aire caliente llamadas cuchillas de aire el exceso de acabado. El acabado HASL permite una gran ventana de procesamiento, pero varios factores pueden afectar su uniformidad y, por lo tanto, su soldabilidad. El ángulo de las cuchillas de aire, la presión del aire y la velocidad de entrada y extracción de la placa PCB de la soldadura son factores que influyen la calidad del acabado.

Encontrará acabados de superficie HAL y HASL sin plomo utilizados para aplicaciones como:

• Pruebas eléctricas: Los acabados HASL brindan protección automática para las almohadillas de prueba y las vías durante las pruebas eléctricas de las placas de circuito.
• Soldado manual: Los acabados HASL son una opción adecuada para los procesos de soldadura manual, ya que las uniones son fácilmente formables.
• Electrónica de alto rendimiento: HASL suele ser una excelente opción para aplicaciones de alto rendimiento y alta confiabilidad, como dispositivos aeroespaciales y militares, debido a su capacidad para formar uniones fuertes.

2. OSP

Un acabado de superficie OSP es un ejemplo de un acabado de PCB orgánico. No hay toxinas involucradas en el proceso, lo que lo hace respetuoso con el medio ambiente y al mismo tiempo conserva sus propiedades protectoras y anticorrosivas. ausencia de productos químicos nocivos, las placas OSP también cumplen con RoHS.Este acabado a base de agua proporciona una superficie plana para unir componentes adicionales de PCB y, al igual que el proceso HASL, es rentable.

OSP se puede usar como un reemplazo efectivo para HASL sin plomo debido a su coplanaridad. Cuando necesite un acabado de superficie de PCB que proporcione suficiente planitud mientras ofrece un proceso de fabricación simple, OSP es posiblemente la mejor opción.

La aplicación de un acabado de superficie OSP a una PCB generalmente implica un método químico transportador o un tanque de inmersión vertical. El proceso generalmente se ve así, con enjuagues entre cada paso:

1. Limpieza: La superficie de cobre de la PCB se limpia de aceite, huellas dactilares y otros contaminantes que podrían afectar la uniformidad del acabado aplicado.
2. Mejora de la topografía: La superficie de cobre expuesta se somete a un micrograbado para aumentar la unión entre la placa y el OSP. Este proceso también reduce la oxidación. Para lograr un espesor de película adecuado, el micrograbado debe mantenerse a una velocidad constante.
3. Enjuague ácido: El PCB se somete a un enjuague ácido en una solución de ácido sulfúrico.
4. Aplicación OSP: En este punto del proceso, la solución OSP se aplica a la PCB.
5. Enjuague de desionización: La solución OSP se infunde con iones para permitir una fácil eliminación durante la soldadura. Este enjuague se debe usar antes de que se acumulen los conservantes para evitar que se deslustre debido a la presencia de otros iones en la solución de OSP.
6. Seco: Después de aplicar el acabado OSP, se debe secar la PCB.

OSP ofrece un proceso simple y asequible, pero también es importante tener en cuenta que es extremadamente sensible al manejo y puede retener rasguños fácilmente, lo que puede degradar su soldabilidad. Además, su vida útil es más corta que la de ENIG o HASL.

Los usos comunes de OSP incluyen:

• Dispositivos de paso fino: Este acabado es mejor para aplicar a dispositivos de paso fino debido a la falta de almohadillas coplanares o superficies irregulares.
• Tableros de servidor: Los usos de OSP van desde aplicaciones de gama baja hasta placas de servidor de alta frecuencia. Esta amplia variación en la usabilidad lo hace adecuado para numerosas aplicaciones. También se usa a menudo para el acabado selectivo.
• Tecnología de montaje en superficie (SMT): OSP funciona bien para el ensamblaje SMT, cuando necesita conectar un componente directamente a la superficie de una PCB.

3. ENIG

A pesar del precio más alto del acabado de superficies ENIG, tiene una alta tasa de éxito para producir productos de alta calidad. Resiste múltiples ciclos térmicos, muestra una gran soldabilidad y es una opción adecuada para alambre unión. Como sugiere el nombre, consta de dos capas de revestimiento:níquel y oro. El níquel protege la capa base de cobre y permite una conexión segura de los componentes eléctricos, mientras que el oro sirve como medida anticorrosiva para el níquel.

ENIG se puede utilizar en situaciones en las que se requieren tolerancias estrechas para elementos de PCB, como agujeros enchapados, ya que HASL no es tan efectivo para esto. Al igual que OSP, ofrece una planitud excelente y es ideal para paso fino dispositivos.

La aplicación del recubrimiento ENIG requiere que el níquel se deposite sobre una superficie de cobre catalizada con paladio. La etapa de inmersión en oro hace que el oro se adhiera al níquel mediante un intercambio molecular. ENIG es similar a OSP en su inclusión de micrograbado y enjuague entre cada etapa:el proceso incluye estos pasos: