Une fois la conception du circuit imprimé terminée, nous l'envoyons à l'usine de fabrication pour le prototypage ou la production en série. Nous joignons une copie du document de processus du circuit imprimé, qui indique notamment les finitions de surface, leur coût et leurs applications.
Tout d'abord, pourquoi avons-nous besoin d'un traitement spécial de la surface des circuits imprimés ?
Le cuivre s'oxyde facilement à l'air, et la couche de cuivre oxydée a un impact important sur le soudage des circuits imprimés. Il est donc facile de former des soudures défectueuses, ce qui peut rendre les composants difficiles à souder. C'est pourquoi nous intégrons un processus de finition de surface (traitement de surface) lors de la production des circuits imprimés afin de traiter précisément ces problèmes potentiels. Un matériau spécial est appliqué sur les pastilles (placage) pour les protéger de l'oxydation.
Les finitions de surface des circuits imprimés comprennent le HASL avec ou sans plomb, l'OSP, l'or par immersion (ENIG), l'étain par immersion, l'argent par immersion, le nickelage chimique, le palladium chimique, l'or par immersion (ENEPIG), l'or dur, etc. Des finitions spéciales sont également disponibles pour des applications spécifiques.
Avantages et inconvénients des différentes finitions de surface des circuits imprimés
1. Circuit imprimé en cuivre nu
Avantages de la finition de surface du cuivre :
- Coût moindre
- Surface plane
- Excellente soudabilité (en l'absence d'oxydation).
Inconvénients de la finition de surface du cuivre :
- Sensible, facilement affectée par l'acidité et l'humidité
- Durée de conservation courte, doit être soudée dans les 2 heures suivant le déballage car le cuivre exposé à l'air s'oxyde facilement.
- Ne peut pas être utilisé sur un circuit imprimé double face, car la seconde face s'oxydera après le refusion de la première face.
- S'il existe des points de test, il faut ajouter de la pâte à braser sur les pastilles de test pour éviter l'oxydation, sinon le contact ultérieur avec la sonde ne sera pas bon.
2. HASL / HASL sans plomb (nivellement de soudure à air chaud)
Avantages de la finition de surface des circuits imprimés HASL :
- Prix inférieur
- Bonnes performances de soudure
- Peut réparer
- Longue durée de vie.
Inconvénients de la finition de surface des circuits imprimés HASL :
- Ne convient pas aux composants à pas fin et aux petits composants
- Surfaces inégales,
- Choc thermique
- Pas adapté aux circuits imprimés HDI.
Lors de l'assemblage de circuits imprimés, la formation de perles de soudure est fréquente et peut facilement provoquer des courts-circuits au niveau des composants à pas fin. Dans le cadre du processus CMS double face, la seconde face ayant subi un brasage par refusion à haute température, la soudure risque de fondre à nouveau et de former des perles ou des gouttelettes d'eau qui, sous l'effet de la gravité, se transforment en billes de soudure sphériques, créant ainsi une surface irrégulière et affectant la qualité de la soudure.
La technologie de finition de surface HASL a longtemps joué un rôle prépondérant dans le domaine des circuits imprimés. Ces dernières années, plus des trois quarts des circuits imprimés étaient traités HASL, mais l'industrie a considérablement réduit son utilisation au cours de la dernière décennie. Le procédé de finition HASL est salissant, odorant et dangereux, ce qui explique son faible succès. Il reste cependant idéal pour les composants de grande taille et les pistes à grand espacement.
Dans les circuits imprimés haute densité (HDI), la planéité du procédé HASL influe sur l'assemblage ultérieur ; c'est pourquoi on n'utilise généralement pas le HASL comme finition de surface. Avec les progrès technologiques, le procédé HASL semble désormais adapté aux espacements d'assemblage plus faibles des QFP et BGA, mais son utilisation reste limitée. Actuellement, certaines usines utilisent les procédés OSP et ENIG en remplacement du HASL.
Le développement technologique conduit certaines usines à utiliser l'étain et l'argent par immersion. Conjugué à la tendance actuelle au sans plomb, le recours à la finition de surface HASL pour circuits imprimés est encore plus limité. Bien qu'il existe une finition HASL sans plomb, elle pose des problèmes de compatibilité avec les équipements.
3. OSP (préservatifs organiques de soudabilité)
Avantages de la finition de surface des circuits imprimés OSP :
- Surface plane
- Pas de plomb
- Processus simple
- Rentable
- Il est possible de réparer les cartes dont la durée de vie est expirée (trois mois), mais généralement une seule fois.
Inconvénients de la finition de surface des circuits imprimés OSP :
- Durée de conservation courte,
- Impossible de mesurer l'épaisseur
- Déconseillé pour les trous métallisés traversants (PTH)
- Sensible et sensible à l'acidité et à l'humidité.
Utilisée lors de la seconde soudure par refusion, cette opération doit être effectuée dans un délai imparti. Généralement, le résultat de cette seconde soudure est médiocre. L'OSP étant une couche isolante, les pastilles de test doivent être recouvertes de pâte à braser afin d'éliminer l'OSP d'origine avant d'y introduire la sonde pour un test électrique.
Le traitement de surface OSP peut être utilisé pour les circuits imprimés (PCB) de basse technologie. Il convient également aux PCB de haute technologie, tels que les PCB simple face pour téléviseurs et les PCB pour boîtiers de puces haute densité. L'OSP est largement utilisé pour les BGA. En l'absence d'exigences fonctionnelles liées aux connexions de surface ou de contraintes sur la durée de conservation du PCB, le procédé OSP constitue la finition de surface idéale. Cependant, l'OSP n'est pas adapté aux produits en petite série ni à ceux dont la demande est incertaine. Si le stock de circuits imprimés de l'entreprise dépasse régulièrement six mois, l'utilisation de la finition de surface OSP est déconseillée.
4. ENIG (or d'immersion de nickel autocatalytique)
Avantages de la finition de surface des circuits imprimés Enig :
- Pas facile à oxyder
- Longue durée de vie
- Surface plane
- Pas de plomb
- Peut réparer
- Bonne conductivité pour les trous métallisés traversants (PTH)
- Convient aux composants à pas fin, aux petits composants et aux composants avec de petites pastilles de soudure
- De préférence avec carte PCB à clavier
- La possibilité de répéter plusieurs fois le brasage par refusion ne réduit pas nécessairement sa soudabilité. La finition de surface Enig des circuits imprimés peut servir de matériau de base pour la technologie COB (Chip On Board).
Inconvénients de la finition de surface des circuits imprimés Enig
- Plus cher
- Faible résistance de la soudure
- Il est facile de rencontrer le problème du « Black Pad » / « Black Nickel », comme lors de l'utilisation d'un procédé de nickelage.
Contrairement à la finition de surface OSP, la finition ENIG est principalement utilisée sur les cartes PCB présentant des exigences de connexion fonctionnelle et une longue durée de vie. Grâce à la planéité du procédé HASL et à l'élimination du flux lors du procédé OSP, l'ENIG a connu une large diffusion. Cependant, l'apparition de dépôts noirs lors de la finition de surface ENIG a limité son utilisation. Généralement, les produits électroniques portables (tels que les téléphones mobiles) utilisent presque exclusivement les finitions OSP, étamage par immersion et argentage par immersion. L'ENIG est employée pour former les zones des boutons, des contacts et du blindage EMI ; on parle alors de finition de surface ENIG sélective.
5. Argent par immersion (IAg)
Avantages des circuits imprimés à immersion argent :
- Moins cher que l'ENIG. Surface plane.
- Convient aux composants à pas fin, aux petits composants et aux composants BGA.
- Bonne soudabilité
- Aucun plomb ne peut être réparé.
Inconvénients des circuits imprimés à immersion argent :
- Très sensible à la manipulation
- Conditions de stockage élevées requises
- Il se contamine et s'oxyde facilement.
Le procédé d'argenture par immersion se situe entre le nickelage ENIG et le nickelage chimique ; il est simple et rapide. Même exposé à des environnements chauds et humides, l'argent conserve une bonne soudabilité, mais perd de son éclat. Si le circuit imprimé nécessite des fonctions de connexion et que le coût doit être réduit, l'argenture par immersion est une solution avantageuse.
Grâce à leur planéité et à la qualité de leurs contacts, les circuits imprimés à immersion argent sont largement utilisés dans les domaines des communications, de l'automobile, de l'informatique et de la conception de signaux à haute vitesse. Ses excellentes propriétés électriques permettent également l'utilisation de l'argent par immersion pour les signaux haute fréquence. EMS recommande ce procédé car il est facile à assembler et offre d'excellentes performances d'inspection.
6. Étain d'immersion (ISn)
Avantages de la finition de surface des circuits imprimés par étamage par immersion :
- Surface plane, sans circuit imprimé réparable
- Bonne soudabilité
- Convient aux composants à pas fin, aux petits composants et aux composants BGA.
Inconvénients de la finition de surface des circuits imprimés par immersion dans l'étain :
- Après le processus d'assemblage, l'étain est facilement exposé.
- Déconseillé pour le soudage par refusion multiple
- Sensible à la manipulation. Contient des substances cancérigènes.
- Il est corrosif pour le masque de soudure
L'étain par immersion n'introduit aucun nouvel élément dans la soudure, ce qui le rend particulièrement adapté aux cartes de circuits imprimés de communication. Cependant, l'étain perd de son pouvoir soudable après la durée de conservation de la carte ; des conditions de stockage optimales sont donc nécessaires. De plus, l'utilisation de la finition de surface à l'étain par immersion est limitée en raison de la présence de substances cancérigènes.
7. Or d'immersion de palladium autocatalytique au nickel (ENEPIG)
Avantages :
Il peut être utilisé dans une large gamme d'applications. De plus, la finition de surface ENEPIG permet de prévenir efficacement les problèmes de fiabilité de connexion causés par les défauts des pastilles noires et peut remplacer la finition de surface ENIG.
Inconvénients :
Bien que l'ENEPIG présente de nombreux avantages, le palladium est coûteux et une ressource rare. Par ailleurs, les exigences de contrôle du processus de fabrication sont strictes et complexes.
Comparé à l'ENIG, l'ENEPIG comporte une couche supplémentaire de palladium (Pd) entre le nickel (Ni) et l'or (Au). Lors de la réaction de dépôt de l'or de remplacement, le revêtement de palladium autocatalytique protège la couche de nickel d'une corrosion excessive par l'or de remplacement. Le palladium est ainsi parfaitement préparé pour la lixiviation de l'or tout en prévenant la corrosion induite par la réaction de remplacement. L'épaisseur du nickel est généralement de 120 à 240 µin (environ 3 à 6 µm) et celle du palladium de 4 à 20 µin (environ 0.1 à 0.5 µm). L'épaisseur du dépôt d'or est généralement de 1 à 4 µin (0.02 à 0.1 µm).