Avec les progrès constants de la science et de la technologie, le contrôle qualité des circuits imprimés internes est devenu de plus en plus strict, et le développement et l'amélioration des technologies de traitement de surface des circuits imprimés sont devenus de plus en plus urgents. L'éditeur vous présentera les technologies de traitement de surface les plus courantes sur le marché.
Pourquoi un traitement de surface est-il nécessaire ?
La couche de cuivre du circuit imprimé étant facilement oxydable, la couche d'oxyde de cuivre qui en résulte réduit considérablement la qualité du soudage, réduisant ainsi la fiabilité et l'efficacité du produit final. Pour éviter ce problème, le circuit imprimé doit être traité en surface. Certains matériaux nécessitent un formage de surface, et l'usine de fabrication de circuits imprimés fera une distinction lors du processus. On pense que la couche externe du circuit imprimé, et celle du cuivre, jouent le rôle de « revêtement » de cuivre.
Qu'est-ce que la technologie de traitement de surface ?
La technologie de traitement de surface des PCB consiste à former artificiellement une couche superficielle présentant différentes propriétés mécaniques, physiques et chimiques à partir du substrat, sur les composants et les points de connexion électrique des PCB.
Évolution historique des méthodes courantes de traitement de surface
Le traitement de surface utilise un flux pour souder les composants sur la surface en cuivre dès le départ. Pour les grandes quantités de produits, on utilise un procédé de galvanoplastie étain-plomb. Lorsque le PCB est recouvert d'un masque de soudure, un nivellement de la soudure à l'air chaud (HASL) commence à apparaître. À mesure que la densité du câblage augmente, un film protecteur de soudabilité organique (OSP) apparaît. En raison de la nécessité d'opérations d'assemblage propres, le procédé ENIG est largement utilisé. Par la suite, des exigences environnementales sans plomb sont apparues, et l'argent par immersion chimique, l'étain par immersion chimique, l'or nickel-palladium chimique, le maillechort chimique (ENIAg), etc., ont fait leur apparition.
Il existe deux principaux types de traitements de surface : métallique et organique.
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HASL, ENIG/ENEPIG, or par immersion et étain par immersion sont tous des procédés de moulage de surface métallique.
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OSP fait partie du moulage de surface organique.
Le choix d'un traitement de surface pour PCB repose sur plusieurs facteurs clés pour garantir que le produit final réponde aux exigences de performance, de fiabilité et de coût. Voici un aperçu concis des traitements de surface courants et comment choisir celui qui répond le mieux à vos besoins.
Traitements de surface courants pour PCB
- Conservateur de soudabilité organique (OSP)
L'OSP forme un mince film organique sur le cuivre pour prévenir l'oxydation. Conforme à la directive RoHS et économique, il est fragile. Il est efficace pour les procédés de refusion simples, mais présente des difficultés avec les soudures multiples. Son principal inconvénient est que les films épais peuvent gêner la soudure, et il est difficile de vérifier si le cuivre est entièrement protégé. L'OSP n'est pas adapté à la soudure à la vague.
- Lissage de soudure à l'air chaud (HASL)
Le HASL recouvre le circuit imprimé d'une couche de soudure (avec ou sans plomb). Le HASL avec plomb est moins cher et plus facile à utiliser, mais contient du plomb toxique. Le HASL sans plomb est écologique, mais son point de fusion est plus élevé et peut créer une surface moins lisse. Le HASL est durable et adapté à la plupart des méthodes de soudure, mais sa surface irrégulière peut poser problème pour les composants à pas fin.
- Or autocatalytique au nickel et au palladium (ENIG)
L'ENIG dépose une couche de nickel suivie d'une fine couche d'or. Le nickel offre une base stable pour la soudure, tandis que l'or prévient l'oxydation. Il offre une excellente planéité et est idéal pour les composants à pas fin et le câblage filaire. Cependant, il est plus coûteux et peut entraîner des problèmes de « plot noir » si la couche de nickel s'oxyde avec le temps.
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Or autocatalytique au nickel et au palladium et au palladium (ENEPIG)
Similaire à l'ENIG, mais avec une couche de palladium entre le nickel et l'or. Le palladium réduit le risque de corrosion du nickel lors du processus d'immersion dans l'or, améliorant ainsi la fiabilité des refusions multiples. L'ENEPIG est souvent utilisé dans des applications à haute fiabilité comme le conditionnement de semi-conducteurs, mais son coût est plus élevé. -
Argent par immersion (IMS)
L'argent par immersion dépose une fine couche d'argent sur le cuivre par réaction chimique. Il offre une bonne soudabilité et une bonne planéité à un coût inférieur à celui de l'ENIG. Cependant, l'argent peut ternir avec le temps, et l'absence de barrière de nickel signifie qu'il est moins durable dans les environnements difficiles. Il convient au stockage à court terme et aux applications à fiabilité modérée.
- Étain par immersion (IMT)
L'étain par immersion offre une surface lisse et soudable, sans plomb. Il constitue une bonne alternative au HASL pour les circuits imprimés simples, mais il est sensible aux acides et aux alcalis forts. L'étain peut également former des barbes au fil du temps, ce qui peut provoquer des courts-circuits électriques en cas d'utilisation prolongée.
- Traitements de surface mixtes
La combinaison de traitements (par exemple, ENIG + OSP ou HASL + doigts dorés) permet aux concepteurs d'équilibrer coût et performances. Par exemple, l'utilisation de HASL pour la majeure partie de la carte et le placage or pour les connecteurs ou les points de contact assure la durabilité là où elle est nécessaire.
Comment choisir la finition de surface d'un PCB ?
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Planéité des pastilles
La planéité est essentielle pour les composants à pas fin ou les cartes haute densité. Les techniques ENIG, ENEPIG et OSP offrent les surfaces les plus uniformes et lisses. Le HASL, avec sa couche de soudure irrégulière, est moins adapté aux applications de précision. -
Soudabilité et mouillage
Le HASL offre un excellent mouillage pour la soudure, ce qui le rend idéal pour les cartes simples à grand volume. L'OSP nécessite un contrôle précis de l'épaisseur du film pour garantir la soudabilité, tandis que les techniques ENIG/ENEPIG offrent des résultats constants, mais peuvent nécessiter des températures de soudure plus précises.
- Besoins en câblage filaire
Si votre circuit imprimé nécessite un câblage en fil d'or ou en fil d'aluminium (par exemple, pour les boîtiers de semi-conducteurs), l'ENIG et l'ENEPIG sont les meilleurs choix. Leurs couches nickel-or offrent une surface stable pour le câblage.
- Conditions de stockage
L'OSP et l'argent d'immersion sont sensibles à l'humidité et à l'oxydation. Ils nécessitent donc un stockage sec et contrôlé et doivent être utilisés rapidement après leur production. L'ENIG, l'ENEPIG et l'HASL sont plus durables pour un stockage longue durée ou dans des environnements difficiles.
- Nombre de refusions
Pour les cartes nécessitant plusieurs cycles de refusion (par exemple, lors du prototypage ou d'un assemblage complexe), l'ENIG et l'ENEPIG sont privilégiés, car leurs couches résistent mieux à la chaleur. L'OSP et l'étain par immersion peuvent se dégrader après des chauffages répétés.
- Conformité RoHS
Évitez l'HASL au plomb pour les projets conformes RoHS. Optez plutôt pour l'HASL, l'OSP, l'ENIG, l'ENEPIG, l'argent par immersion ou l'étain par immersion sans plomb.
Mon expérience et mes recommandations
Dans mon travail, j'ai constaté que l'OSP est une solution de choix pour les projets à faible coût et à refusion unique, comme les appareils électroniques grand public simples. Par exemple, j'ai conçu une carte de capteur IoT basique pour laquelle le coût était une priorité, et l'OSP s'est parfaitement adapté à l'étape d'assemblage unique. Cependant, pour un dispositif médical devant supporter des stérilisations fréquentes et doté de composants à pas fin, l'ENIG justifiait le surcoût pour sa durabilité et sa planéité.
Pour le prototypage, j'utilise souvent le HASL sans plomb, car il est fiable et largement disponible, même si la surface n'est pas parfaitement lisse. Lorsque je travaille sur des projets à haute fiabilité, comme l'électronique automobile, la résistance de l'ENEPIG à la corrosion et aux refusions multiples me donne confiance dans ses performances à long terme.
Conclusion
Choisir le bon traitement de surface pour PCB revient à équilibrer les besoins spécifiques de votre projet : coût, fiabilité, exigences de soudure et facteurs environnementaux. Commencez par lister vos priorités (par exemple, « conformité RoHS » ou « prise en charge des composants à pas fin »), puis associez-les aux points forts de chaque traitement. N'hésitez pas à consulter les fabricants : ils peuvent vous renseigner sur la compatibilité des procédés et les pièges potentiels. En réfléchissant attentivement, vous garantirez les bonnes performances de votre PCB, aujourd'hui comme demain.
