Approfondimento tecnico: la finitura superficiale dei PCB 1/2

Pubblicato il: 9 dicembre 2021

Uno degli ultimi step del processo produttivo dei PCB (circuiti stampati), che vi abbiamo descritto in questa pagina, è l’applicazione delle finiture superficiali il cui obiettivo principale è quello di garantire la migliore saldatura dei componenti in fase di assemblaggio.

Abbiamo pensato a questo breve approfondimento, suddiviso in due speciali,  per supportarvi in una scelta migliore in fase di progettazione con l’obiettivo di ottimizzare le performance complessive del vostro circuito stampato. Infatti, la PCB surface finishing, che può essere organica o metallica, influisce sull’assemblaggio del PCB e determina l’affidabilità della scheda elettronica. Le finiture oggi principalmente utilizzate nella produzione di circuiti stampati sono:

  • Lead-Free HASL
  • Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)
  • Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG)
  • Hard Gold (Electrolytic Nickel/Gold, Hard & Soft Au wire bondable)
  • Stagno Chimico (Immersion Tin)
  • Organic Solderability Preservative (OSP)
  • Argento chimico (Immersion Silver)

La scelta della corretta finitura superficiale viene effettuata in base a molti aspetti, sempre facendo riferimento alle indicazioni delle Guidelines IPC per la tipologia dei componenti che dovranno essere montati sulla scheda stessa ed al tipo di processo utilizzato dall’assemblatore (es. modalità di reflow e saldature). Ad esempio, per layout con un grande numero di componenti SMD è raccomandabile scegliere una finitura superficiale molto planare come ad esempio la ENIG. Oppure, lo stagno chimico potrebbe essere la giusta scelta per esigenze speciali di saldabilità.

Le diverse finiture superficiali hanno un impatto sulle modalità di conservazione del materiale e sulla finestra temporale di lavorabilità dei PCB dopo la loro produzione. Ad esempio, la shelf life di un PCB con finitura superficiale in Stagno Chimico è della metà rispetto a quella di un PCB con finitura Lead-free HASL.

Seguono le principali caratteristiche delle prime tre tecnologie sopra elencate:

Lead-Free HASL

Tra le finitura più utilizzate, standard per l’intera industria, i cui vantaggi sono la disponibilità presso sostanzialmente tutti i produttori ed il basso costo. La shelf life è tra le più lunghe e anche la ri-lavorabilità è ottimale.

Tra gli aspetti negativi di questa tecnologia troviamo la scarsa planarità, inoltre non è adatta per applicazioni BGA (con fine-pitch) e per layout che prevedono isolamento tra i pin degli integrati (Solder Bridging).  Il processo porta le schede a  265° il che causa un importante shock termico alla scheda, cosa che potrebbe anche danneggiare le interconnessioni interne.  Se la scheda prevedere forature di piccoli diametri, sussiste un rischio di otturare gli stessi durante l’applicazione della finitura stessa.

Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

L’ENIG è un coating composto da due strati, in particolare 2-8 μin di Oro che proteggono 120-240 μin di Nichel. I vantaggi di questa tecnologia sono la planarità della superficie e la buona resa per i Plated Through Holes (PTH). La shelf life è buona e non si utilizza Piombo per un maggior rispetto dell’ambiente e sicurezza.

Tra i lati negativi troviamo il costo, che è maggiore rispetto ad altre soluzioni, dovuto anche alla complessità del processo. Le schede trattate ENIG non sono rilavorabili. Questa finitura tende ad ossidarsi se non correttamente conservata.

Hard Gold

L’Hard Gold o Oro Elettrolitico consiste in uno strato d’oro il cui spessore può variare dai  30 ai 50 μin (in base alla Classe) depositato sopra 100 μin di Nichel. È particolarmente indicato per aree ad alto logorio (es. sfregamento di contattazione sui pin di una porta USB). Oltre alla superficie resistente e durevole, gli altri pro di questa soluzione sono la buona shelf life ed anche in questo caso il Piombo non viene usato.

Il costo elevato di questa soluzione deriva, oltre dal costo del materiale stesso, anche dal processo di lavorazione più complesso, che può prevedere anche varianti come il taping. Questa finitura non è saldabile per spessori di Au sopra i 17 μin (come da indicazioni IPC) ed è difficilmente abbinabile ad altre tipologie di finitura superficiale.

Nel prossimo speciale dedicato alle surface finishings analizzeremo nel dettaglio le altre finiture cioè Stagno Chimico, Argento chimico, OSP ed ENEPIG.