Con el continuo avance de la ciencia y la tecnología, el control de calidad interno de las placas de circuito impreso (PCB) se ha vuelto cada vez más riguroso, y el desarrollo y la actualización de la tecnología de tratamiento de superficies de PCB se ha vuelto cada vez más urgente. El editor le presentará las tecnologías de tratamiento de superficies de PCB más comunes en el mercado.
¿Por qué es necesario el tratamiento de superficies?
Dado que la capa de cobre de la PCB se oxida fácilmente, la capa de óxido de cobre resultante reducirá considerablemente la calidad de la soldadura, lo que reducirá la fiabilidad y la eficacia del producto final. Para evitar esta situación, la PCB necesita un tratamiento de superficie. Algunos materiales incluyen el proceso de conformado de la superficie, y el fabricante de la placa realizará una distinción en este proceso. Se cree que la capa más externa de la PCB, sobre el cobre, desempeña la función de "recubrimiento" de cobre.
¿Qué es la tecnología de tratamiento de superficies?
La tecnología de tratamiento de superficies de PCB se refiere al proceso de formación artificial de una capa superficial con diferentes propiedades mecánicas, físicas y químicas a partir del sustrato en los componentes de la PCB y los puntos de conexión eléctrica.
Evolución histórica de los métodos comunes de tratamiento de superficies
El proceso de tratamiento de superficies utiliza fundente para soldar los componentes sobre la superficie de cobre desde el principio. Cuando se requiere el producto en grandes cantidades, se utiliza la galvanoplastia de estaño-plomo. Cuando la PCB se recubre con máscara de soldadura, comienza a aparecer la nivelación de soldadura por aire caliente (HASL). A medida que aumenta la densidad del cableado del producto, aparece la película protectora de soldabilidad orgánica (PSO). Debido a la necesidad de operaciones de ensamblaje limpias, el proceso ENIG se utiliza ampliamente. Posteriormente, surgieron los requisitos de productos sin plomo respetuosos con el medio ambiente, y comenzaron a aparecer la plata de inmersión química, el estaño de inmersión química, el oro de níquel-paladio químico, la plata de níquel-plata química (ENIAg), etc.
Existen dos tipos principales de procesos de tratamiento de superficies: metálico y orgánico.
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HASL, ENIG/ENEPIG, oro de inmersión y estaño de inmersión son procesos de moldeo de superficies metálicas.
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El PSO pertenece al moldeo de superficies orgánico.
Al elegir un tratamiento de superficie para PCB, se deben considerar varios factores clave para garantizar que el producto final cumpla con los requisitos de rendimiento, fiabilidad y coste. A continuación, se presenta una breve descripción general de los tratamientos de superficie más comunes y cómo seleccionar el más adecuado para sus necesidades.
Tratamientos de superficie comunes para PCB
- Conservante de soldabilidad orgánico (PSO)
El PSO forma una fina película orgánica sobre el cobre para prevenir la oxidación. Cumple con la normativa RoHS y es rentable, pero la película es frágil. Funciona bien en procesos de reflujo único, pero presenta dificultades con múltiples pasos de soldadura. La principal desventaja es que las películas gruesas pueden dificultar la soldadura y no es fácil comprobar si el cobre está completamente protegido. El OSP no es apto para la soldadura por ola.
- Nivelación de Soldadura por Aire Caliente (HASL)
El HASL recubre la PCB con una capa de soldadura (con o sin plomo). El HASL con plomo es más económico y fácil de trabajar, pero contiene plomo tóxico. El HASL sin plomo es ecológico, pero tiene un punto de fusión más alto y puede crear una superficie menos lisa. El HASL es duradero y apto para la mayoría de los métodos de soldadura, pero su superficie irregular puede ser un problema para los componentes de paso fino.
- Níquel químico de inmersión en oro (ENIG)
El ENIG deposita una capa de níquel seguida de una fina capa de oro. El níquel proporciona una base estable para la soldadura, mientras que el oro previene la oxidación. Ofrece una excelente planitud y es ideal para componentes de paso fino y la unión de cables. Sin embargo, es más caro y puede presentar problemas de "almohadilla negra" si la capa de níquel se oxida con el tiempo.
- Níquel químico de inmersión en oro y paladio químico (ENEPIG)
Similar al ENIG, pero con una capa de paladio entre el níquel y el oro. El paladio reduce el riesgo de corrosión por níquel durante el proceso de inmersión en oro, lo que mejora la fiabilidad en múltiples reflujos. El ENEPIG se utiliza a menudo en aplicaciones de alta fiabilidad, como el encapsulado de semiconductores, pero su coste es mayor.
- Plata de Inmersión (IMS)
La plata de inmersión deposita una fina capa de plata sobre el cobre mediante una reacción química. Ofrece buena soldabilidad y planitud a un coste menor que el ENIG. Sin embargo, la plata puede deslustrarse con el tiempo, y la falta de una barrera de níquel la hace menos resistente en entornos hostiles. Es adecuado para almacenamiento a corto plazo y aplicaciones de fiabilidad moderada.
- Estaño de Inmersión (IMT)
El estaño de inmersión proporciona una superficie lisa y soldable, y no contiene plomo. Es una buena alternativa al HASL para placas sencillas, pero es sensible a ácidos y álcalis fuertes. El estaño también puede formar filamentos con el tiempo, lo que puede causar cortocircuitos con el uso prolongado.
- Tratamientos Superficiales Mixtos
La combinación de tratamientos (p. ej., ENIG + OSP o HASL + dedos de oro) permite a los diseñadores equilibrar el coste y el rendimiento. Por ejemplo, el uso de HASL para la mayor parte de la placa y el chapado en oro para conectores o puntos de contacto garantiza la durabilidad donde sea necesaria.
¿Cómo elegir el acabado superficial de la PCB?
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Planitud de la almohadilla
La planitud es fundamental para componentes de paso fino o placas de alta densidad. ENIG, ENEPIG y OSP ofrecen las superficies más uniformes y lisas. HASL, con su capa de soldadura irregular, es menos adecuado para aplicaciones precisas. -
Soldabilidad y humectabilidad
HASL proporciona una excelente humectabilidad para la soldadura, lo que lo hace ideal para placas sencillas de gran volumen. OSP requiere un control cuidadoso del espesor de la película para garantizar la soldabilidad, mientras que ENIG/ENEPIG ofrecen resultados consistentes, pero pueden requerir temperaturas de soldadura más precisas.
- Necesidades de unión por cable
Si su PCB requiere unión por cable de oro o aluminio (por ejemplo, para encapsulados de semiconductores), ENIG y ENEPIG son las principales opciones. Sus capas de níquel-oro proporcionan una superficie estable para la unión.
- Condiciones de almacenamiento
El OSP y la plata de inmersión son sensibles a la humedad y la oxidación, por lo que requieren un almacenamiento seco y controlado, y deben utilizarse rápidamente después de su producción. ENIG, ENEPIG y HASL son más resistentes para el almacenamiento a largo plazo o en entornos hostiles.
- Número de Reflujos
Para placas que requieren múltiples ciclos de reflujo (por ejemplo, durante el prototipado o ensamblajes complejos), se prefieren ENIG y ENEPIG porque sus capas resisten mejor el calor. El OSP y el estaño de inmersión pueden degradarse tras repetidos calentamientos.
- Cumplimiento con RoHS
Evite el HASL con plomo para proyectos que cumplan con RoHS. Opte por HASL sin plomo, OSP, ENIG, ENEPIG, plata de inmersión o estaño de inmersión.
Mi Experiencia y Recomendaciones
En mi trabajo, he descubierto que el OSP es la opción ideal para proyectos económicos de un solo reflujo, como los de electrónica de consumo sencilla. Por ejemplo, en una ocasión diseñé una placa básica de sensor para IoT donde el coste era una prioridad, y el OSP funcionó a la perfección para el único paso de ensamblaje. Sin embargo, para un dispositivo médico que necesitaba soportar esterilizaciones frecuentes y tenía componentes de paso fino, el ENIG mereció la pena el coste adicional por su durabilidad y planitud.
Para la creación de prototipos, suelo utilizar HASL sin plomo por su fiabilidad y amplia disponibilidad, incluso si la superficie no es perfectamente lisa. Al trabajar en proyectos de alta fiabilidad, como la electrónica automotriz, la resistencia de ENEPIG a la corrosión y a los múltiples reflujos me da confianza en su rendimiento a largo plazo.
Conclusión
Elegir el tratamiento de superficie de PCB adecuado se reduce a equilibrar las necesidades específicas de su proyecto: coste, fiabilidad, requisitos de soldadura y factores ambientales. Empiece por enumerar sus prioridades (p. ej., "debe cumplir con la normativa RoHS" o "necesita soportar componentes de paso fino") y luego compárelas con las ventajas de cada tratamiento. No dude en consultar con los fabricantes, ya que pueden ofrecerle información sobre la compatibilidad del proceso y los posibles inconvenientes. Con una cuidadosa consideración, puede garantizar el buen rendimiento de su PCB ahora y en el futuro.
