PCBs são usados em uma ampla gama de dispositivos eletrônicos, incluindo computadores, smartphones e outros equipamentos digitais. Eles se tornaram onipresentes porque oferecem alta confiabilidade a um baixo custo. No entanto, existem muitas maneiras diferentes de tratar a superfície de um PCB antes de ser montado com outros componentes em um dispositivo eletrônico. Qual deles você deve escolher? Este guia fornecerá informações sobre três acabamentos de superfície de PCB comuns: OSP (conservante de soldabilidade orgânico), HASL (nivelamento de solda de ar quente) e ENIG (ouro de imersão de níquel sem eletrodo).
Por que o acabamento da superfície da PCB é importante?
Os acabamentos da superfície do PCB são uma interface importante entre o componente e o PCB. As duas principais funções do acabamento são blindar a fiação de cobre exposta e oferecer uma superfície soldável para unir (soldar) os componentes à placa de circuito impresso.
O que são acabamentos de superfície de PCB?
O processo de aplicação de uma camada de superfície de PCB ao PCB é conhecido como acabamentos de superfície de PCB. O objetivo dos acabamentos de superfície do PCB é garantir que o PCB tenha boa soldabilidade e propriedades elétricas. Existem inúmeras variedades de tratamentos de superfície de placas de circuito impresso disponíveis. O tratamento da superfície PCB é um processo de vários estágios que inclui as seguintes etapas:
- Tratamento químico de ataque químico ou eletropolimento
- Revestimento orgânico seguido de cozimento em alta temperatura
- Revestimento de níquel químico catiônico e conversão química em liga de superfície Ni/Sn
- Revestimento anódico de óxido de alumínio (Al-óxido)
- Revestimento orgânico seguido de cozimento em alta temperatura como na etapa C.
O que é OSP?
O cobre é continuamente oxidado pelo ar, o que o deixa descolorido e quebradiço. A antioxidação preserva os acabamentos da superfície do PCB da corrosão, formando uma camada protetora muito fina de material sobre o cobre exposto, geralmente em um sistema transportador.
É feito de um composto orgânico à base de água que se liga ao cobre e cria uma camada organometálica que protege o cobre antes da soldagem. Também é muito mais ecológico do que os acabamentos padrão sem chumbo, que são mais perigosos ou requerem um uso consideravelmente maior de energia.
Vantagens e Desvantagens do OSP
Vantagens
sem chumbo
OCB é um processo isento de chumbo, por isso é mais ecológico do que o HASL tradicional.
Custo
OSP pode tratar acabamentos de superfície de PCB a um custo muito menor. Isso ocorre porque requer menos material para embeber e enxaguar quando a superfície do PCB terminar. Isso também reduz os custos de descarte de resíduos. Se você já estiver usando uma pasta de solda sem chumbo (que tem um volume menor do que as pastas de solda padrão)
Acabamentos de superfície plana de PCB
OSP tem acabamentos de superfície de PCB muito planos, o que pode ser benéfico ao trabalhar com componentes com tolerâncias rígidas. A suavidade do acabamento HASL pode causar problemas neste caso porque é mais provável que ele pegue detritos do ar e retenha a pasta de solda.
Processo simples
A OSP oferece um processo simples de acabamento de superfície de PCB, o que torna muito mais fácil manter e controlar a qualidade de cada placa. Esta é uma vantagem se você precisar de grandes quantidades ou tiver tolerâncias muito restritas. OSP lida com acabamentos de superfície de PCB, pois pequenas inconsistências nas máscaras de solda podem causar problemas.
Reparável
O processo OSP é reparável, ou seja, se danificar o acabamento da placa. Ou se você precisar removê-lo para corrigir um problema de solda. Existe uma maneira de removê-lo e substituí-lo sem ter que jogar fora todo o PCB.
Desvantagens
Limitado à conformidade com RoHS
OSP está em conformidade apenas para materiais isentos de chumbo, cádmio e mercúrio. Isso significa que não pode ser usado com componentes ou placas não RoHS feitos de outros tipos de metais. Por esta razão, OSP não pode substituir HASL e ENIG em todas as situações.
Impacto ambiental
Embora o OSP seja um processo isento de chumbo, ele requer o uso de solventes que têm seus próprios impactos ambientais que precisam ser levados em consideração. As etapas de limpeza também produzem águas residuais. Portanto, ainda pode haver preocupações sobre seu efeito no meio ambiente se grandes volumes forem necessários.
Sensível
O OSP é sensível aos efeitos do calor ao longo do tempo. Isso significa que pode precisar de um processo de retrabalho se as placas estiverem localizadas em áreas com temperaturas mais altas. Isso pode significar custos e recursos adicionais para o seu negócio.
Vida útil curta
OSP é um acabamento à base de água, o que significa que tem uma vida útil limitada. Normalmente, é bom apenas por cerca de dois meses se deixado em um recipiente aberto e pode ser arruinado pela exposição à umidade ou umidade ao longo do tempo.
O que é HASL?
A maioria dos acabamentos de superfície de PCB são finalizados com HASL, que significa lavagem de decapagem ácida quente. O método envolve submergir as placas de circuito em uma liga de estanho/chumbo derretido e, em seguida, remover a solda extra usando 'facas de ar', que sopram ar quente nos acabamentos da superfície da placa de circuito impresso. O HASL geralmente está disponível sem chumbo, o que é uma vantagem por si só.
O método HASL, em virtude de seu tratamento térmico extremo, expõe o PCB a temperaturas de adesão úmida inicial mais baixas do que outros acabamentos, tem 265°C, permitindo a detecção de qualquer problema de delaminação antes do uso de componentes caros.
Vantagens e Desvantagens do HASL
Vantagens
Low-cost
HASL é um processo de baixo custo que pode ser concluído de forma rápida e fácil. O método requer menos etapas do que outros acabamentos de superfície de PCB, tornando-o ideal para as aplicações de menor volume exigidas por muitos fabricantes de componentes, particularmente em execuções de produção menores. O HASL geralmente está disponível sem chumbo, o que é uma vantagem por si só.
Reparável
HASL oferece proteção mínima para a base de cobre da sua placa de circuito. No entanto, se ocorrerem danos após a conclusão do processo HASL, eles podem ser corrigidos de forma rápida e fácil.
chumbo
O HASL está disponível em versões sem chumbo, em conformidade com a diretiva RoHS. Isso significa que ele pode ser usado para todos os tipos de componentes, incluindo aqueles feitos de materiais ou metais não RoHS, ao contrário das opções OSP. HASL sem chumbo é isento de chumbo, cádmio e mercúrio.
Processo simples
HASL oferece uma metodologia de produção simples que é ideal para volumes menores ou onde tolerâncias apertadas são necessárias. A simplicidade do método facilita o controle dos níveis de qualidade, o que significa que você não precisa se preocupar com variações na espessura da solda em diferentes placas.
Disponível em vários acabamentos
HASL está disponível em vários graus diferentes, cada um com seus próprios benefícios. O estanho/chumbo puro tem o ponto de fusão mais baixo de 269°C, mas também requer mais etapas de limpeza para remover o excesso de material após a soldagem. HASL Sn-Cu oferece um ponto de fusão mais alto de 227°C. Isso significa que há menos chances de delaminação. HASL com ENIG oferece as mais altas temperaturas de solda, o que o torna ideal para aplicações de alta confiabilidade.
Desvantagens
Vida útil curta
HASL tem uma vida útil curta de cerca de seis meses em um recipiente aberto devido à sua exposição à umidade e à umidade ao longo do tempo. É particularmente sensível a isso após cada etapa do processo de soldagem.
Impacto ambiental
HASL é um acabamento à base de chumbo, o que significa que não está em conformidade com todos os padrões ambientais, especialmente aqueles baseados em conformidade com RoHS, pois o HASL não atende a esses requisitos sem processos de galvanização adicionais. Isso pode fazer com que os clientes se recusem a comprar produtos de você se não estiverem dispostos a correr o risco de possíveis problemas de não conformidade.
Exposição ao chumbo
HASL é um acabamento à base de chumbo, o que significa que não está em conformidade com todos os padrões ambientais, especialmente aqueles baseados em conformidade com RoHS, pois o HASL não atende a esses requisitos sem processos de galvanização adicionais. Isso pode fazer com que os clientes se recusem a comprar produtos de você se não estiverem dispostos a correr o risco de possíveis problemas de não conformidade.
Choque térmico
HASL produz o maior choque térmico de qualquer acabamento de superfície, o que significa que é mais suscetível à delaminação. A combinação dos produtos químicos utilizados no processo requer altas temperaturas durante a soldagem e também resulta em uma placa quente que pode ser resfriada rapidamente com água ou ar.
Umectação ruim
HASL tem propriedades de umectação ruins, o que significa que não é adequado para uso com alumínio ou outros metais não ferrosos. Isso pode aumentar o custo e a complexidade de seus projetos porque você precisará considerar como diferentes materiais interagem durante as operações de soldagem.
O que é ENIG?
GOLF METAL é um acabamento de superfície PCB que combina a resistência à corrosão do alumínio anodizado com o polimento e o brilho do metal natural. Possui uma casca de níquel sobre uma camada inferior de cobre, que atua como uma barreira para proteger contra a oxidação e um alvo de solda para os componentes se unirem. Durante o armazenamento, uma camada de ouro é aplicada ao níquel. ENIG é uma solução para grandes tendências da indústria, como regulamentos sem chumbo. O surgimento de componentes de superfície complicados (particularmente BGAs e flip chips), que exigem superfícies planas.
Vale a pena notar que ZENIG não protege contra corrosão devido a ataques de base iônica. Na maioria dos casos, esse tipo de liga exigirá limpeza e manutenção mais frequentes do que muitos metais devido à dificuldade em manter uma barreira contra a umidade entre as camadas de ouro e níquel.
Vantagens e Desvantagens do ENIG
Vantagens
Superfícies planas
O ENIG oferece um nível de planeza que pode ser benéfico para componentes com tolerâncias apertadas. Os acabamentos lisos da superfície da placa de circuito impresso também podem ajudar a evitar problemas neste caso devido ao alto risco de retenção de pasta de solda nas placas HASL, o que foi comprovado por experimentos na Universidade de Stanford e no MIT.
De longa duração
Quando se trata de proteger os PCBs da corrosão, o ENIG oferece uma vantagem significativa sobre outros tratamentos de superfície, pois a camada de ouro é extremamente fina e não requer retrabalho ou substituição, ao contrário das técnicas tradicionais de anodização que podem se desgastar após uso extensivo. O desempenho do ENIG também aumenta com o tempo, à medida que a adesão aumenta entre as camadas de níquel e ouro.
A camada de ouro do ENIG oferece maior adesão aos componentes, o que o torna ideal se você estiver usando peças sensíveis ao calor ou com baixo ponto de fusão. A solda extra também pode ajudar com problemas de gerenciamento térmico durante os processos de solda por refluxo, pois o uso do ENIG reduzirá o empenamento causado pelo excesso de tempo de aquecimento em comparação com o HASL.
sem chumbo
O ENIG é compatível com chumbo, o que significa que pode ser usado para projetos sujeitos à conformidade com RoHS. Isso pode ajudá-lo a evitar custos adicionais. Especialmente se seus componentes ou placas de circuito exigirem retrabalho caro para atender às leis ambientais.
Bom para PTH
Como o ENIG é um material espesso e plano que pode ser usado em massa para uma placa inteira, ele torna o processo de galvanização através de furos mais econômico.
Mantém a soldabilidade durante o armazenamento
A resistência do ENIG à umidade significa que os componentes têm menos probabilidade de corroer ou delaminar quando armazenados em condições úmidas antes do uso. Isso pode aumentar a qualidade e a consistência em suas placas de circuito de produção. Isso significa que você tem mais tempo para se concentrar em outros aspectos do processo de design. Sem ter que se preocupar com erros potencialmente caros causados por danos causados pela água.
Desvantagens
Inflamável
Se um PCB não for projetado corretamente, o ENIG pode expor camadas que são inflamáveis ou que podem liberar vapores tóxicos. É por isso que é importante que seus PCBs sejam inspecionados por um profissional antes do uso.
Ligação mais fraca para componentes
A camada de ouro do ENIG pode ser mais fina do que outros acabamentos de superfície de PCB. Isso significa que menos solda se acumulará ao redor dos pads do componente. Isso reduz os problemas de gerenciamento térmico durante os processos de solda por refluxo. Os componentes são mais propensos a cair das placas ou se soltar após serem soldados.
Requer instalação profissional
ENIG é um acabamento de superfície de PCB que requer treinamento avançado e conhecimento especializado para que seja aplicado corretamente. Isso significa que você não pode instalar o ENIG sozinho. Isso pode levar a custos adicionais se seus PCBs exigirem retrabalho caro devido a problemas de qualidade.
Requer materiais especiais
O ENIG requer o uso de níquel banhado a ouro e pode ser caro substituir se desgastar com o tempo. Também requer o uso de um limpador especial para que as placas mantenham sua resistência à corrosão. Depois de soldadas, o que pode agregar alguns custos adicionais ao seu processo de produção.
Por que precisamos de acabamentos de superfície de PCB?
Solderability
A capacidade de um metal ou liga de formar uma conexão sólida com a solda. Uma junta soldada é formada aplicando primeiro uma fina camada de pasta líquida (flux) sobre a área onde duas superfícies metálicas serão unidas. Em seguida, coloque pedaços muito pequenos de solda na pasta. Quando aquecida, a pasta líquida derrete e cobre as superfícies que estão sendo unidas com uma fina camada de solda fundida. Isso pode fluir para qualquer área onde haja irregularidades em qualquer superfície ou entre duas superfícies.
Revestimento de superfície
As características físicas de um material estão além de sua composição química. Por exemplo, a maioria dos metais tem certas cores associadas a eles, como prata ou ouro. Portanto, o acabamento da superfície é um fator importante na determinação da aparência de um objeto de metal.
Alta confiabilidade a baixo custo
Isso é fundamental para o acabamento da superfície da placa de circuito impresso, pois fornece uma melhor conexão entre o componente e a placa de circuito impresso. Isso é o que você deseja para seus dispositivos eletrônicos. Pois durará mais e será mais eficaz do que uma prancha sem revestimento ou mal tratada.