Como escolher o revestimento e a espessura da placa PCB?

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Uma vez que a placa tenha passado pelo padrão Manufatura de PCB processo, o cobre nu no PCB está pronto para tratamento de superfície. O revestimento do PCB é usado para proteger qualquer cobre no PCB que seria exposto através da máscara de solda, sejam almofadas, vias, ou outros componentes condutores. Os projetistas geralmente optam pelo revestimento de estanho-chumbo, mas outras opções de revestimento podem ser mais adequadas para a aplicação da sua placa.

Neste artigo, Abordarei as diferentes opções de materiais de revestimento de PCB e suas vantagens em PCBs. Há uma variedade de opções disponíveis, dependendo da confiabilidade ou das necessidades da aplicação., você pode querer verificar se o fabricante pode aplicar o revestimento necessário em seu projeto. Veremos essas opções e discutiremos brevemente como o revestimento afeta a perda.

Tipos de revestimento PCB

Há uma variedade de materiais de revestimento de PCB. Resumi os materiais populares que os designers devem conhecer e compreender nas seções a seguir.. Nunca conheci um fabricante que não oferecesse todas essas opções. Se o fabricante-alvo não declarar explicitamente que oferece uma das opções na lista abaixo, você sempre pode enviá-los por e-mail para obter uma lista de suas capacidades, incluindo suas opções de materiais de revestimento de PCB.

Chumbo de estanho e revestimento de estanho por imersão
Este acabamento PCB pode ser a opção mais barata, mas não é compatível com RoHS devido ao uso de chumbo no acabamento folheado. O Dip tin é uma alternativa sem chumbo para placas básicas.

Vantagem:
▶ Superfície ultraplana
▶ Barato
▶ Compatível com solda padrão

Desvantagens:
▶ Não propício a vários processos de montagem ou retrabalho
▶ Forma bigodes de estanho com o tempo
▶ A difusão do estanho no cobre pode reduzir a vida útil dependendo do conteúdo do composto intermetálico
▶ Pode danificar a máscara de solda durante o processo de galvanização

Nivelamento de solda com ar quente (Sangrar) e HASL sem chumbo
HASL já foi uma opção de acabamento muito popular, mas não é tão confiável quanto outros materiais de revestimento. É barato e tem uma opção sem chumbo, então pode ser usado como uma opção de revestimento básico.
Vantagem:
▶ Barato
▶ Pode ser reparado
▶ Devido à baixa molhabilidade

Desvantagens:
▶A superfície irregular torna-o menos útil para pequenos dispositivos SMD
▶ Pode ser danificado por choque térmico
▶Pode ser difícil de soldar

Chapeamento de ouro por imersão em níquel eletrolítico (Concordar)
Considerando as desvantagens do SnPb e do estanhamento por imersão, ENIG é agora indiscutivelmente o tratamento de superfície mais popular na indústria. Neste material de revestimento, o níquel atua como uma barreira entre o cobre e a fina camada superficial de ouro do componente a ser soldado.

Vantagem:
▶ Superfície ultraplana
▶ Os furos PTH podem ser facilmente revestidos
▶ Amplamente disponível
▶Soldagem fácil
▶Adequado para componentes de passo fino
▶Altamente confiável contra danos mecânicos
▶Fio ligável (alumínio)

Desvantagens
▶ Não favorável para múltiplos processos de montagem ou retrabalho
▶ Pode ocorrer penetração de fósforo entre as camadas de ouro e níquel, conhecida como síndrome da almofada preta
▶ Interfaces ásperas podem causar perda de sinal em altas frequências

Conservante Orgânico de Soldabilidade (Osp)
Este orgânico, o acabamento à base de água liga-se seletivamente ao cobre para fornecer um acabamento superficial altamente plano. Como material orgânico, é sensível ao manuseio e contaminantes, embora o processo de aplicação seja mais simples do que outros materiais de revestimento de PCB. Também tem perdas muito baixas em altas frequências.

Vantagem:
▶ Superfície ultraplana
▶ Reparável após aplicação
▶Processo de inscrição simples
▶Perda de interconexão muito baixa em altas frequências
▶Fio ligável (alumínio)

Desvantagens:
▶Fácil de danificar
▶Vida útil curta

Chapeamento de prata de imersão
Este é meu material de revestimento de PCB preferido para aplicações de alta frequência. Ele forma uma interface suave com o cobre nu e, portanto, não aumenta as perdas do condutor como fazem outros acabamentos de PCB.. A principal desvantagem é que perde o brilho na placa nua, portanto, deve ser soldado e encapsulado o mais rápido possível após a fabricação.

Vantagem:
▶ Fácil soldagem de alumínio e ligação de fios
▶ Superfície ultraplana
▶ Adequado para passo fino
▶ Mais adequado para interconexões de alta frequência em sistemas de alta confiabilidade
▶Fio ligável (alumínio)

Desvantagens:
▶ Bigodes prateados ao longo do tempo
▶Exposto (não soldado) condutores perdem brilho com o tempo, embora o OSP adicionado ajude a evitar isso ▶Pode ser difícil inserir placas em vias de pequeno diâmetro

Ouro Duro
Este material de revestimento é essencialmente ENIG, mas tem uma camada externa muito espessa de ouro, tornando-o um dos materiais de revestimento de PCB mais caros. A camada de ouro cria uma superfície dura que pode ser danificada, mas sua espessura dificulta a exposição total da camada de níquel.

Vantagem:
▶ Fio ligável (alumínio e ouro)
▶ Superfície muito durável

Desvantagens.
▶ Muito caro
▶ Não aplicável a áreas soldáveis
▶ Requer etapas de processo adicionais para inscrições seletivas
▶ Pode apresentar rachaduras quebradiças

Como especificar o material e a espessura do revestimento PCB

Os valores típicos de espessura do revestimento de PCB são cerca de 100 micropolegadas. Para imersão em prata e OSP, espessuras típicas podem ser tão baixas quanto cerca 10 micropolegadas. Se você estiver produzindo um protótipo e o fabricante tiver uma cotação padrão, você terá a oportunidade de especificar o tipo de revestimento em seus formulários. Nestes formulários, eles podem não pedir que você forneça a espessura, então certifique-se de especificá-lo se precisar de uma espessura específica. Depois de especificar o valor de chapeamento desejado, seu fabricante precisará garantir que o revestimento possa ser depositado de forma confiável na espessura desejada.

Por que a espessura do material chapeado é importante? Existem duas razões. Primeiro, o padrão IPC-2221A especifica espessuras mínimas de revestimento para cada categoria de produto IPC (veja tabela 4.3). Se você deseja que seu produto esteja em conformidade com qualquer uma das categorias de produtos IPC padrão, então você precisa ter certeza de que a espessura do revestimento atende às suas especificações. Normalmente, se você especificar a categoria do produto, como você normalmente faz em suas notas de fabricação, a espessura mínima do revestimento estará implícita. Apenas certifique-se de não se contradizer, caso contrário, o fabricante enviará um e-mail solicitando comentários sobre o revestimento.

Outro motivo para se preocupar com a espessura do revestimento do PCB é o seu efeito nas perdas. Em baixas frequências, você provavelmente não notará nenhum efeito na frequência, portanto, sinais digitais de baixa velocidade e rádios sub-GHz não precisam se preocupar muito com a espessura do revestimento do PCB. Concluí transmissores impressos personalizados rodando em WiFi de 5,8 GHz com ENIG (não é a melhor escolha para altas frequências) que inundou o receptor em nossa configuração de teste, então se o projeto do seu circuito estiver correto, você pode até ignorar a maior parte do revestimento nessas frequências.

O problema de perda surge em frequências de ondas milimétricas, como radar de curto alcance (24 GHz) e superior. Nessas frequências, a rugosidade do cobre torna-se um fator muito perceptível na perda, especialmente em substratos de RF de baixa perda como Rogers. A espessura do revestimento determinará a rugosidade experimentada pelo sinal à medida que ele se propaga, e isso se refletirá na resistência ao efeito pelicular.