Come scegliere la finitura superficiale per la progettazione del PCB
Ⅱ Valutazione e confronto
Inserito: 16 novembre 2022
Categorie: Blog
Tag: pcb,pcba,assemblaggio del circuito stampato,produzione di circuiti stampati, finitura superficiale del circuito stampato
Esistono molti suggerimenti sulla finitura superficiale, ad esempio l'HASL senza piombo ha problemi ad avere una planarità costante.Il Ni/Au elettrolitico è molto costoso e se si deposita troppo oro sul pad, può portare a giunti di saldatura fragili.Lo stagno per immersione presenta un degrado della saldabilità dopo l'esposizione a più cicli termici, come in un processo di riflusso PCBA sui lati superiore e inferiore, ecc. È necessario che le differenze delle finiture superficiali di cui sopra siano chiaramente consapevoli.La tabella seguente mostra una valutazione approssimativa delle finiture superficiali spesso applicate dei circuiti stampati.
Tabella 1 Breve descrizione del processo di produzione, vantaggi e svantaggi significativi e applicazioni tipiche delle comuni finiture superficiali senza piombo dei PCB
| Finitura superficiale del PCB | Processi | Spessore | Vantaggi | Svantaggi | Applicazioni tipiche |
| HASL senza piombo | Le schede PCB vengono immerse in un bagno di stagno fuso e poi soffiate da coltelli ad aria calda per la rimozione della saldatura in eccesso. | 30μpollici(1μm) -1500μpollici(40μm) | Buona saldabilità;Ampiamente disponibile;Può essere riparato/rilavorato;Ripiano lungo lungo | Superfici irregolari;Shock termico;Scarsa bagnatura;Ponte saldato;PTH collegati. | Ampiamente applicabile;Adatto per cuscinetti e spaziature più grandi;Non adatto per HDI con passo fine <20 mil (0,5 mm) e BGA;Non va bene per il PTH;Non adatto per PCB in rame spesso;Tipicamente, applicazione: circuiti stampati per test elettrici, saldatura manuale, alcuni componenti elettronici ad alte prestazioni come dispositivi aerospaziali e militari. |
| OSP | Applicazione chimica di un composto organico sulla superficie delle tavole formando uno strato metallico organico per proteggere il rame esposto dalla ruggine. | 46μpollici (1,15μm)-52μpollici (1,3μm) | Basso costo;I cuscinetti sono uniformi e piatti;Buona saldabilità;Può essere unito ad altre finiture superficiali;Il processo è semplice;Può essere rielaborato (all'interno dell'officina). | Sensibile alla manipolazione;Breve durata di conservazione.Diffusione della saldatura molto limitata;Degrado della saldabilità con temperature e cicli elevati;Non conduttore;Difficile da ispezionare, sonda ICT, problemi ionici e di adattamento a pressione | Ampiamente applicabile;Adatto per SMT/passi fini/BGA/piccoli componenti;Servire tavole;Non va bene per i PTH;Non adatto alla tecnologia di crimpatura |
| ENIG | Un processo chimico che placca il rame esposto con nichel e oro, quindi è costituito da un doppio strato di rivestimento metallico. | 2μin (0,05μm)– 5μin (0,125μm) di oro su 120μin (3μm)– 240μin (6μm) di nichel | Ottima saldabilità;I cuscinetti sono piatti e uniformi;Piegabilità del filo di alluminio;Bassa resistenza di contatto;Lunga durata;Buona resistenza alla corrosione e durata | Preoccupazione del “Black Pad”;Perdita di segnale per applicazioni di integrità del segnale;incapace di rielaborare | Eccellente per l'assemblaggio di passi fini e posizionamenti complessi a montaggio superficiale (BGA, QFP…);Eccellente per molteplici tipi di saldatura;Preferibile per PTH, inserimento a pressione;Legabile con filo;Consigliato per PCB con applicazioni ad alta affidabilità come quelle aerospaziali, militari, mediche e di fascia alta, ecc.;Non consigliato per i cuscinetti a contatto tattili. |
| Ni/Au elettrolitico (Oro tenero) | Oro puro al 99,99% – 24 carati applicato su uno strato di nichel attraverso un processo elettrolitico prima della maschera di saldatura. | Oro puro al 99,99%, 24 carati 30μin (0,8μm) -50μin (1,3μm) su 100μin (2,5μm) -200μin (5μm) di nichel | Superficie dura e resistente;Grande conduttività;Planarità;Piegabilità del filo di alluminio;Bassa resistenza di contatto;Lunga durata | Costoso;Au infragilimento se troppo spesso;Vincoli di layout;Elaborazione/manodopera extra intensa;Non adatto per la saldatura;Il rivestimento non è uniforme | Utilizzato principalmente nell'incollaggio di fili (Al e Au) in pacchetti di chip come COB (Chip on Board) |
| Ni/Au elettrolitico (oro duro) | Oro puro al 98% – 23 carati con indurenti aggiunti al bagno galvanico applicato sullo strato di nichel attraverso un processo elettrolitico. | Oro puro al 98%, 23 carati: 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) su 100 µin (2,5 µm) -150 µin (4 µm) di nichel | Ottima saldabilità;I cuscinetti sono piatti e uniformi;Piegabilità del filo di alluminio;Bassa resistenza di contatto;Rilavorabile | Corrosione da ossidazione (manipolazione e stoccaggio) in ambienti ad alto contenuto di zolfo;Opzioni ridotte della catena di fornitura per supportare questa finitura;Breve finestra operativa tra le fasi di assemblaggio. | Utilizzato principalmente per l'interconnessione elettrica come connettori edge (gold finger), schede portanti IC (PBGA/FCBGA/FCCSP...), tastiere, contatti della batteria e alcuni test pad, ecc. |
| Immersione Ag | uno strato d'argento viene depositato sulla superficie del rame attraverso un processo di placcatura chimica dopo l'attacco ma prima della maschera di saldatura | 5 µpollici (0,12 µm) -20 µpollici (0,5 µm) | Ottima saldabilità;I cuscinetti sono piatti e uniformi;Piegabilità del filo di alluminio;Bassa resistenza di contatto;Rilavorabile | Corrosione da ossidazione (manipolazione e stoccaggio) in ambienti ad alto contenuto di zolfo;Opzioni ridotte della catena di fornitura per supportare questa finitura;Breve finestra operativa tra le fasi di assemblaggio. | Alternativa economica all'ENIG per tracce fini e BGA;Ideale per applicazioni con segnali ad alta velocità;Ottimo per interruttori a membrana, schermatura EMI e collegamento di fili in alluminio;Adatto per l'inserimento a pressione. |
| Immersione Sn | In un bagno chimico elettrolitico, un sottile strato bianco di stagno si deposita direttamente sul rame dei circuiti stampati come barriera per evitare l'ossidazione. | 25μpollici (0,7μm)-60μpollici (1,5μm) | Ideale per la tecnologia Press Fit;Conveniente;Planare;Eccellente saldabilità (a fresco) e affidabilità;Planarità | Degrado della saldabilità con temperature e cicli elevati;Lo stagno esposto sull'assemblaggio finale può corrodersi;Gestione dei problemi;Wiskering di stagno;Non adatto per PTH;Contiene tiourea, noto cancerogeno. | Consigliato per produzioni di grandi quantità;Buono per il posizionamento SMD, BGA;Ideale per press fit e backplane;Non consigliato per PTH, interruttori di contatto e utilizzo con maschere staccabili |
Tabella 2 Una valutazione delle proprietà tipiche delle moderne finiture superficiali dei PCB sulla produzione e sull'applicazione
| Produzione delle finiture superficiali più comuni | |||||||||
| Proprietà | ENIG | ENEPIG | Oro tenero | Oro duro | IAG | È n | HASL | HASL-LF | OSP |
| Popolarità | Alto | Basso | Basso | Basso | medio | Basso | Basso | Alto | medio |
| Costo del processo | Alto (1,3x) | Alto (2,5x) | Massima (3,5x) | Massima (3,5x) | Medio (1,1x) | Medio (1,1x) | Basso (1,0x) | Basso (1,0x) | Minimo (0,8x) |
| Depositare | Immersione | Immersione | Elettrolitico | Elettrolitico | Immersione | Immersione | Immersione | Immersione | Immersione |
| Data di scadenza | Lungo | Lungo | Lungo | Lungo | medio | medio | Lungo | Lungo | Corto |
| A norma RoHS | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | No | SÌ | SÌ |
| Complanarità della superficie per SMT | Eccellente | Eccellente | Eccellente | Eccellente | Eccellente | Eccellente | Povero | Bene | Eccellente |
| Rame a vista | No | No | No | SÌ | No | No | No | No | SÌ |
| Gestione | Normale | Normale | Normale | Normale | Critico | Critico | Normale | Normale | Critico |
| Sforzo del processo | medio | medio | Alto | Alto | medio | medio | medio | medio | Basso |
| Capacità di rilavorazione | No | No | No | No | SÌ | Non suggerito | SÌ | SÌ | SÌ |
| Cicli termici richiesti | multiplo | multiplo | multiplo | multiplo | multiplo | 2-3 | multiplo | multiplo | 2 |
| Problema dei baffi | No | No | No | No | No | SÌ | No | No | No |
| Shock termico (MFG PCB) | Basso | Basso | Basso | Basso | Molto basso | Molto basso | Alto | Alto | Molto basso |
| Bassa resistenza/alta velocità | No | No | No | No | SÌ | No | No | No | N / A |
| Applicazioni delle finiture superficiali più comuni | |||||||||
| Applicazioni | ENIG | ENEPIG | Oro tenero | Oro duro | IAG | È n | HASL | LF-HASL | OSP |
| Rigido | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ |
| Flettere | Limitato | Limitato | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ |
| Flex-rigido | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | Non preferito |
| Passo fine | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | Non preferito | Non preferito | SÌ |
| BGA e μBGA | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | Non preferito | Non preferito | SÌ |
| Saldabilità multipla | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | Limitato |
| Flip Chip | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | No | No | SÌ |
| Premere Adatta | Limitato | Limitato | Limitato | Limitato | SÌ | Eccellente | SÌ | SÌ | Limitato |
| Foro passante | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | SÌ | No | No | No | No |
| Incollaggio di fili | Sì (Al) | Sì (Al, Au) | Sì (Al, Au) | Sì (Al) | Variabile (Al) | No | No | No | Sì (Al) |
| Bagnabilità della saldatura | Bene | Bene | Bene | Bene | Molto bene | Bene | Povero | Povero | Bene |
| Integrità del giunto di saldatura | Bene | Bene | Povero | Povero | Eccellente | Bene | Bene | Bene | Bene |
La durata di conservazione è un elemento critico da considerare quando si stabiliscono i programmi di produzione.Data di scadenzaè la finestra operativa che garantisce alla finitura una completa saldabilità del PCB.È fondamentale assicurarsi che tutti i PCB siano assemblati entro il periodo di validità.Oltre al materiale e al processo che determinano le finiture superficiali, la durata di conservazione della finitura è fortemente influenzatadall'imballaggio e dallo stoccaggio dei PCB.L'applicazione rigorosa della giusta metodologia di stoccaggio suggerita dalle linee guida IPC-1601 preserverà la saldabilità e l'affidabilità delle finiture.
Tabella 3 Confronto della durata di conservazione tra le finiture superficiali più diffuse dei PCB
|
| Tipica SHEL LIFE | Durata di conservazione consigliata | Possibilità di rilavorazione |
| HASL-LF | 12 mesi | 12 mesi | SÌ |
| OSP | 3 mesi | 1 mese | SÌ |
| ENIG | 12 mesi | 6 mesi | NO* |
| ENEPIG | 6 mesi | 6 mesi | NO* |
| Ni/Au elettrolitico | 12 mesi | 12 mesi | NO |
| IAG | 6 mesi | 3 mesi | SÌ |
| È n | 6 mesi | 3 mesi | SÌ** |
*Per le finiture ENIG ed ENEPIG è disponibile un ciclo di riattivazione per migliorare la bagnabilità della superficie e la conservabilità.
**Rilavorazione chimica dello stagno non consigliata.
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Orario di pubblicazione: 16 novembre 2022
