Comment choisir le placage et l'épaisseur de la carte PCB?

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Une fois que le conseil a passé par la norme Fabrication de PCB processus, le cuivre nu dans le PCB est prêt pour le traitement de surface. Le placage PCB est utilisé pour protéger tout cuivre dans le PCB qui serait exposé à travers le masque de soudure., que ce soit des coussinets, vias, ou d'autres composants conducteurs. Les concepteurs utilisent généralement par défaut le placage étain-plomb, mais d'autres options de placage peuvent être mieux adaptées à votre application de carte.

Dans cet article, Je couvrirai les différentes options de matériaux de placage de PCB et leurs avantages dans les PCB. Il existe une variété d'options disponibles et en fonction de votre fiabilité ou des besoins de votre application., vous voudrez peut-être vérifier si le fabricant peut appliquer le placage dont vous avez besoin dans votre conception. Nous examinerons ces options et discuterons brièvement de la manière dont le placage affecte la perte..

Types de placage de PCB

Il existe une variété de matériaux de placage de PCB. J'ai résumé les matériaux populaires que les concepteurs devraient connaître et comprendre dans les sections suivantes. Je n'ai jamais rencontré de fabricant qui ne propose pas toutes ces options. Si votre fabricant cible n'indique pas explicitement qu'il propose l'une des options de la liste ci-dessous, vous pouvez toujours leur envoyer un e-mail pour une liste de leurs capacités, y compris leurs options de matériaux de placage PCB.

Étain, plomb et étamage par immersion
Cette finition PCB peut être l'option la moins chère, mais il n'est pas conforme à RoHS en raison de l'utilisation de plomb dans la finition plaquée. L'étain trempé est une alternative sans plomb pour les cartes d'entrée de gamme..

Avantage:
▶ Surface ultra-plate
▶ Peu coûteux
▶ Compatible avec la soudure standard

Désavantage:
▶ Ne favorise pas plusieurs processus d’assemblage ou de retouche
▶ Forme des moustaches en étain au fil du temps
▶ La diffusion de l'étain dans le cuivre peut réduire la durée de conservation en fonction de la teneur en composés intermétalliques
▶ Peut endommager le masque de soudure pendant le processus de placage

Nivellement de soudure à air chaud (Saigner) et HASL sans plomb
HASL était autrefois une option de finition très populaire, mais il n'est pas aussi fiable que les autres matériaux de placage. Il est peu coûteux et propose une option sans plomb, il peut donc être utilisé comme option de placage d'entrée de gamme.
Avantage:
▶ Peu coûteux
▶ Peut être réparé
▶ En raison d'une mauvaise mouillabilité

Désavantage:
▶La surface inégale le rend moins utile pour les petits appareils CMS
▶ Peut être endommagé par un choc thermique
▶Peut être difficile à souder

Placage à l'or par immersion au nickel autocatalytique (Accepter)
Compte tenu des inconvénients du SnPb et de l’étamage par immersion, ENIG est désormais sans doute le traitement de surface le plus populaire de l'industrie. Dans ce matériau de placage, le nickel agit comme une barrière entre le cuivre et la fine couche superficielle d'or du composant à souder.

Avantage:
▶ Surface ultra-plate
▶ Les trous PTH peuvent être facilement plaqués
▶ Largement disponible
▶Soudure facile
▶Convient aux composants à pas fin
▶Très fiable contre les dommages mécaniques
▶ Fil à lier (aluminium)

Désavantage
▶ Ne convient pas aux processus d'assemblage multiples ou aux retouches
▶ Peut subir une pénétration de phosphore entre les couches d'or et de nickel, connu sous le nom de syndrome du coussinet noir
▶ Des interfaces rugueuses peuvent entraîner une perte de signal à hautes fréquences

Conservateur de soudabilité organique (OSP)
Ce bio, la finition à base d'eau se lie sélectivement au cuivre pour fournir une finition de surface très plane. En tant que matière organique, il est sensible à la manipulation et aux contaminants, bien que le processus d'application soit plus simple que celui des autres matériaux de placage de PCB. Il présente également de très faibles pertes aux hautes fréquences.

Avantage:
▶ Surface ultra-plate
▶ Réparable après application
▶Processus de candidature simple
▶Très faible perte d'interconnexion aux hautes fréquences
▶ Fil à lier (aluminium)

Désavantage:
▶Facile à endommager
▶Durée de conservation courte

Placage d'argent par immersion
C'est mon matériau de placage PCB préféré pour les applications haute fréquence. Il forme une interface lisse avec le cuivre nu et n'augmente donc pas les pertes de conducteurs comme le font d'autres finitions de PCB.. Le principal inconvénient est qu'il perd son éclat sur la planche nue, il doit donc être soudé et encapsulé dès que possible après la fabrication.

Avantage:
▶ Soudure et liaison de fils faciles en aluminium
▶ Surface ultra-plate
▶ Convient aux pas fins
▶ Mieux adapté aux interconnexions haute fréquence dans les systèmes à haute fiabilité
▶ Fil à lier (aluminium)

Désavantage:
▶ Moustaches argentées au fil du temps
▶Exposé (dessoudé) les conducteurs perdent de leur éclat avec le temps, bien que l'OSP ajouté aide à éviter cela ▶Peut être difficile à intégrer dans des vias de petit diamètre

Or dur
Ce matériau de placage est essentiellement ENIG, mais a une couche extérieure d'or très épaisse, ce qui en fait l'un des matériaux de placage de PCB les plus chers. La couche d'or crée une surface dure qui peut être endommagée, mais son épaisseur rend difficile la mise à nu complète de la couche de nickel.

Avantage:
▶ Liaison filaire (aluminium et or)
▶ Surface très résistante

Désavantage.
▶ Très cher
▶ Ne s'applique pas aux zones soudables
▶ Nécessite des étapes de processus supplémentaires pour les demandes sélectives
▶ Peut présenter des fissures fragiles

Comment spécifier le matériau et l'épaisseur du placage des PCB

Les valeurs typiques d'épaisseur de placage de PCB sont d'environ 100 micro pouces. Pour argent par immersion et OSP, les épaisseurs typiques peuvent être aussi faibles qu'environ 10 micro pouces. Si vous produisez un prototype et que le fabricant dispose d'un devis standard, vous aurez la possibilité de préciser le type de placage sur leurs formulaires. Sur ces formulaires, ils ne vous demanderont peut-être pas de fournir l'épaisseur, veillez donc à le préciser si vous avez besoin d'une épaisseur spécifique. Après avoir spécifié la valeur de placage souhaitée, votre fabricant devra s'assurer que le placage peut être déposé de manière fiable à l'épaisseur souhaitée.

Pourquoi l'épaisseur du matériau plaqué est-elle importante? Il y a deux raisons. D'abord, la norme IPC-2221A spécifie les épaisseurs minimales de placage pour chaque catégorie de produits IPC (voir tableau 4.3). Si vous souhaitez que votre produit soit conforme à l'une des catégories de produits standard IPC, alors vous devez vous assurer que l'épaisseur du placage répond à ses spécifications. Normalement, si vous précisez la catégorie de produit, comme vous le faites habituellement dans vos notes de fabrication, l'épaisseur minimale du placage sera implicite. Assurez-vous simplement de ne pas vous contredire, sinon le fabricant vous enverra un e-mail vous demandant des commentaires sur le placage.

Une autre raison de s'inquiéter de l'épaisseur du placage des PCB est son effet sur les pertes.. Aux basses fréquences, vous ne remarquerez probablement aucun effet sur la fréquence, Ainsi, les signaux numériques à faible vitesse et les radios inférieures au GHz n'ont pas à se soucier beaucoup de l'épaisseur du placage des PCB.. J'ai réalisé des émetteurs imprimés personnalisés fonctionnant au WiFi 5,8 GHz avec ENIG (pas le meilleur choix pour les hautes fréquences) qui a submergé le récepteur dans notre configuration de test, donc si la conception de votre circuit est correcte, vous pouvez même contourner la plupart des placages à ces fréquences.

Le problème de perte se pose aux fréquences d’ondes millimétriques, comme un radar à courte portée (24 Ghz) et plus haut. A ces fréquences, la rugosité du cuivre devient un facteur de perte très notable, en particulier sur les substrats RF à faibles pertes comme Rogers. L'épaisseur du placage déterminera la rugosité ressentie par le signal lors de sa propagation., et cela se reflétera dans la résistance à l'effet cutané.