Approfondimento tecnico: la finitura superficiale dei PCB 2/2

Pubblicato il: 23 marzo 2022

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

Questo articolo √® il secondo di uno “speciale” in cui abbiamo voluto approfondire le caratteristiche delle diverse tipologie di finitura superficiale per supportarvi nella fase di progettazione: per rileggere la prima parte di questa analisi vi sar√† sufficiente seguire questo link. Le quattro finiture con cui concluderemo la diesamina sono le seguenti:

  • Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG)
  • Stagno Chimico (Immersion Tin)
  • Organic Solderability Preservative¬†(OSP)
  • Argento Chimico (Immersion Silver)

Vi ricordiamo che la scelta della migliore finitura superficiale va operata in base a diversi aspetti, prendendo sempre a riferimento le indicazioni delle Guidelines IPC per la tipologia dei componenti che andranno montati sulla board ed alla tipologia di processo in uso dall’EMS (es. modalit√† di reflow e soldering).

Inoltre, le finiture superficiali hanno un risvolto sulla modalità di conservazione del materiale e sulla shelf life che determina il tempo entro cui i PCB vanno lavorati dopo il termine del processo produttivo.

Seguono le principali caratteristiche delle quattro tecnologie sopra indicate:

Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG)

L’ENEPIG √® una delle ultime tecnologie in tema di surface finishing¬†essendosi diffusa sul mercato dai primissimi anni 2000. La principale caratteristica che la rende diversa dalle altre finiture √® la sua “bondabilit√†” (wire-bonding) garantita dal coating metallico su tre strati composto da nickel, palladio ed oro. Supera inoltre tutte le altre finiture in tema di resistenza alla corrosione post-assemblaggio. E’ spesso usata nella applicazioni di alta frequenza dove lo spazio disponibile √® molto limitato, offrendo ottime performances anche in termini di affidabilit√†, esigenze di packaging e rispetto dello standard RoHS.

L’uso di un materiale raro e costoso come il palladio, unitamente alla necessit√† di avere una linea dedicata, ne causa il costo molto elevato.

Immersion Tin (Stagno Chimico) 

Come da definizione IPC, lo Stagno Chimico √® una finitura metallica depositata tramite reazione chimica direttamente sul materiale base del PCB cio√® il rame, proteggendolo dall’ossidazione a tutto vantaggio della shelf life.

Tra i vantaggi principali troviamo la planarit√†, la mancanza del piombo, la possibilit√† di reworking delle schede e l’ideale compatibilit√† con le tecnologie di Press Fit per l’inserimento dei connettori.

Gli svantaggi di questa tecnologia sono la difficolt√† di misurarne lo spessore con precisione, la facilit√† con cui si possono verificare danni da cattivo handling, e la pericolosit√† nell’uso del reagente Thiourea. Inoltre, lo Stagno esposto pu√≤ corrodere durante la fase di assemblaggio finale.¬† √ą preferibile evitare questa finitura nel caso di assemblaggi che richiedono reflow multipli.

Organic Solderability Preservative (OSP)

L’OSP √® una finitura che preserva la superficie del rame dall’ossidazione applicando una sottilissimo layer protettivo, usando un composto chimico acquoso a base organica,¬† sopra il Rame esposto mediante un processo di conveyorization.

Tra i pro di questa finitura troviamo sicuramente la sua maggiore eco-compatibilit√† rispetto alle finiture lead-free, che sono pi√Ļ tossiche ed energivore. Oltre al non utilizzo di Piombo, tra gli altri vantaggi troviamo la planarit√†, la rilavorabilit√† e la semplicit√† del processo che ne mantengo il costo tutto sommato basso.

I principali punti deboli sono rappresentati dalla shelf life breve e dalla delicatezza con cui vanno manipolate le boards. Inoltre, non √® semplice misurarne lo spessore e non √® ideale per processi che prevedano PTH (Plated Through Holes). Infine, va ricordato che il Rame viene esposto durante l’assemblaggio finale.

Immersion Silver (Argento chimico)

L’argento chimico √® una finitura non elettrolitica che deposita un sottile strato di argento (tra gli 0,13 e gli 0,46 ¬Ķm) immergendo il PCB in una vasca di ioni d’Argento.

I punti di forza di questa finitura sono una buona eco-compatibilit√† rispetto ad HASL LF ed ENIG. La finestra di lavorabilit√† √® smile a quella di HASL LF, rispetto alla quale √® pi√Ļ planare.

Gli svantaggi di questa finitura sono, principalmente, la necessit√† di saldare non appena i PCB sono estratti dalle loro confezioni protettive e la cautela con cui vanno manipolati tendendo ad ossidarsi facilmente. Infine, l’Immersion Silver √® meno durevole dell’ENIG a causa della mancanza dell’intermetallico di nickel.

Concludiamo questo approfondimento con uno schema riassuntivo che rende pi√Ļ veloce e semplice la consultazione delle principali caratteristiche delle finiture superficiali:

 HASL Lead FreeENIGHard GoldENEPIGImmersion TinOSPImmersion Sliver
Periodo di conservazione massimo6 mesi12 mesi6 mesi6 mesi3 mesi3 mesi4 mesi
Sensibilità alla manipolazioneBassaBassaBassaBassaAltaAltaAlta
PlanaritàSufficienteBuonaBuonaBuonaBuonaBuonaBuona
Wire bondableNoSI - AlluminioSI - AlluminioSI - Alluminio e OroNoNo
SI - Alluminio
Fine pitchNoSINoSISISISI
Range spessori (őľm)1 - 25Au: 0,05 - 0,2 | Ni: 3-6Au: 0,8 - 1,25¬† |¬† Ni: 2,5Au: 0,05 - 0,2¬† |¬† Ni: 3 - 6 | Pd: 0,1 - 0,50,8¬† -¬† 1,20,2¬† -¬† 0,50,13¬† -¬† 0,46
Complessità processo produttivo PCBAltaAltaAltaAltaMediaBassaMedia
CostoMedio/bassoAltoAltoAltoMedioBassoMedio

Indipendentemente dalla finitura superficiale e dalla modalit√† di stoccaggio, consigliamo sempre di applicare un ciclo di backing prima di procedere all’assemblaggio delle board in modo da eliminare ogni eventuale umidit√† in eccesso essendo tutti i substrati igroscopici.

Se questo contenuto vi è piaciuto e se ci fossero altri aspetti tecnici che vi interesserebbe approfondire, vi preghiamo di prendere contatto con il vostro referente commerciale Tekube oppure scriverci tramite il form contatti.