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, è l’applicazione delle finiture superficiali il cui obiettivo principale è quello di garantire la migliore saldatura dei componenti in fase di assemblaggio.

Questo articolo è 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 sarà 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. modalità 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 è 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 è la sua “bondabilità” (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 è molto limitato, offrendo ottime performances anche in termini di affidabilità, esigenze di packaging e rispetto dello standard RoHS.

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

Immersion Tin (Stagno Chimico) 

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

Tra i vantaggi principali troviamo la planarità, la mancanza del piombo, la possibilità di reworking delle schede e l’ideale compatibilità con le tecnologie di Press Fit per l’inserimento dei connettori.

Gli svantaggi di questa tecnologia sono la difficoltà di misurarne lo spessore con precisione, la facilità con cui si possono verificare danni da cattivo handling, e la pericolosità nell’uso del reagente Thiourea. Inoltre, lo Stagno esposto può corrodere durante la fase di assemblaggio finale.  È preferibile evitare questa finitura nel caso di assemblaggi che richiedono reflow multipli.

Organic Solderability Preservative (OSP)

L’OSP è 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-compatibilità rispetto alle finiture lead-free, che sono più tossiche ed energivore. Oltre al non utilizzo di Piombo, tra gli altri vantaggi troviamo la planarità, la rilavorabilità e la semplicità 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 è semplice misurarne lo spessore e non è 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 è una finitura non elettrolitica che deposita un sottile strato di argento (tra gli 0,13 e gli 0,46 µm) immergendo il PCB in una vasca di ioni d’Argento.

I punti di forza di questa finitura sono una buona eco-compatibilità rispetto ad HASL LF ed ENIG. La finestra di lavorabilità è smile a quella di HASL LF, rispetto alla quale è più planare.

Gli svantaggi di questa finitura sono, principalmente, la necessità 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 è meno durevole dell’ENIG a causa della mancanza dell’intermetallico di nickel.

Concludiamo questo approfondimento con uno schema riassuntivo che rende più 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 (μm)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 modalità di stoccaggio, consigliamo sempre di applicare un ciclo di backing prima di procedere all’assemblaggio delle board in modo da eliminare ogni eventuale umidità 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.