¿Qué son los acabados superficiales de PCB?

El tratamiento superficial de PCB se refiere al área de lámina de cobre expuesta de la placa de circuito impreso (como almohadillas, caminos conductores) cubierta con una capa de revestimiento de metal o aleación, como la superficie de cobre de la "barrera protectora" y el "medio de soldadura".

Funciones principales del acabado de superficies de PCB

Protección física: Aísla el cobre del contacto con el aire y la humedad, evitando la oxidación, sulfidación y otras reacciones corrosivas;
Optimización de la soldabilidad: Proporcionar una interfaz de soldadura plana y estable para garantizar una conexión fiable entre la soldadura (por ejemplo, pasta de soldadura) y la capa de cobre;
Garantía de rendimiento eléctrico: para mantener la estabilidad de la conducción del circuito, evitar anomalías de impedancia o riesgo de cortocircuito debido al deterioro de la superficie de cobre.

La importancia del tratamiento superficial de los PCB

Objetivo principal: resolver el "problema de oxidación" de la superficie de cobre

El cobre a temperatura ambiente con oxígeno en el aire, el contacto con vapor de agua generará óxido de cobre (CuO) o carbonato de cobre alcalino (verde cobre), estas capas oxidadas reducirán significativamente la humectabilidad de la soldadura - manifestándose específicamente como soldadura que "se niega a soldar", uniones de soldadura falsas o agrietadas. La preparación de la superficie garantiza que la superficie de cobre esté activa durante la soldadura cubriéndola con un revestimiento que bloquea radicalmente la vía de contacto del cobre con el oxidante.

Importancia para la industria: un proceso crítico a lo largo del ciclo de vida de los PCB

1.Fabricación
Garantice el rendimiento de la tecnología de montaje en superficie (SMT) y reduzca los costes de reprocesamiento debidos a una mala soldabilidad;
La uniformidad del revestimiento afecta directamente a la resistencia mecánica de los componentes tras la soldadura (por ejemplo, tensión de la unión soldada, fuerza de cizallamiento).

2.Almacenamiento y transporte
En el almacenamiento a largo plazo, el recubrimiento puede resistir la humedad, niebla salina, y la erosión de otros factores ambientales (como las zonas costeras con equipos, PCB necesidad de prestar especial atención a la capacidad de prevenir la oxidación);
Evite los daños en la superficie del cobre causados por la fricción y el choque durante el transporte.

3.Adaptación al uso de escenas
Los entornos de alta temperatura (como la electrónica del automóvil o el control industrial) requieren que el revestimiento tenga resistencia al envejecimiento para evitar la descomposición u oxidación del revestimiento a altas temperaturas;
En los circuitos de alta frecuencia, la planitud del revestimiento afecta a la pérdida de transmisión de la señal (por ejemplo, el proceso de inmersión en oro se utiliza habitualmente en las placas de circuito impreso de radiofrecuencia debido a la buena uniformidad del revestimiento).

Comparación detallada de 7 acabados superficiales de PCB

1. Nivelación de soldadura por aire caliente (HASL)

Principio de proceso:
La inmersión de la placa de circuito impreso en soldadura fundida a 260°C (Sn63Pb37 o SAC305), seguida de la eliminación del exceso de soldadura con aire caliente a alta presión (400°C), crea superficies irregulares "accidentadas".

Ideal para:

• Electrónica de consumo (cargadores, controladores LED)
• Pedidos de gran volumen sensibles a los costes

Lección dura:
Un fabricante de routers experimentó la aparición generalizada de huecos en BGA utilizando HASL sin plomo, por lo que acabó añadiendo un paso de "preestañado de almohadillas" que incrementó el coste en $0,17/tarjeta.

Controles críticos:

2. Níquel químico por inmersión en oro (ENIG)

Estructura de capas:
Deposición en "sándwich": Ni químico (3-5μm) → Au por desplazamiento (0,05-0,1μm). El Ni actúa como "cortafuegos" de cobre, el Au como "interfaz de soldadura".

Estudio de caso de alta frecuencia:
Una placa de radar de ondas milimétricas eligió ENIG en lugar de OSP porque la pérdida por efecto piel de Au era 23% inferior (@77GHz).

Análisis de la almohadilla negra:
Cuando el baño de Ni supera los 91°C, la segregación de fósforo forma fases Ni3P quebradizas (el SEM muestra una morfología "agrietada"). Prevención:

• Añadir tampón de ácido cítrico
• Implementar el chapado por impulsos
• Incluir micrograbado antes de la deposición de Au

3. Conservante orgánico de soldabilidad (OSP)

Protección molecular:
Los quelatos de benzimidazol-cobre forman películas de 0,2-0,5μm que resisten 6 meses a la oxidación natural.

Opción preferida 5G:
Una tarjeta AAU de estación base que utiliza OSP+LDI ahorró $4,2/m² frente a ENIG con una pérdida de inserción 0,3dB/cm inferior (@28GHz).

Almacenamiento:

• RH>60% provoca la hidrólisis de la película
• Los envases con azufre crean manchas negras de Cu2S
• Debe SMT dentro de 24 horas después de desembalar

4. Estaño de inmersión (ImSn)

Microestructura:
El espesor intermetálico Cu6Sn5 (ideal:1,2-1,8μm mediante EDX) determina la fiabilidad.

Éxito automovilístico:
Un módulo ECU superó 3000x ciclos -40°C~125°C con ImSn frente a los 2400x de ENIG.

Riesgos del proceso:

• Crecimiento de bigote de estaño (suprimido mediante preenvejecimiento por reflujo)
• Contaminación cruzada en tableros de doble cara
• Incompatible con la unión de cables de Al

5. Plata de inmersión (ImAg)

Integridad de la señal Edge:
La pérdida de inserción a 10GHz es 15% inferior a la ENIG (según IPC-6012B).

Contramedidas de migración:
El "dopaje con nanopartículas" eleva el umbral de migración de 3,1 V a 5,6 V para los módulos de potencia de 48 V.

Control del espesor:

• Tiosulfato de sodio como inhibidor
• Tanque de galvanización por pulverización
• Post-tratamiento de pasivación con cromato

6. Níquel Químico Paladio Químico Inmersión Oro (ENEPIG)

Innovación por capas:
0,1-0,2μm de Pd entre Ni (3-4μm) y Au (0,03-0,05μm) impide la difusión del Au.

Aplicación SiP:
Soldadura mixta de alambre de Au/SnAgCu de un paquete 3D mediante ENEPIG.

Optimización de costes:

• Gradiente de espesor de Pd (0,15μm borde/0,08μm centro)
• aleación Pd-Co en lugar de Pd puro

7. Oro duro electrolítico

Protección de grado militar:
El Au codopado (1-3μm) con una dureza de 180HV resiste un desgaste 50 veces mayor que el ENIG.

Especificaciones del conector:

• Bisel del dedo de oro: 30°±1
• Espesor del Ni ≥5μm
• Se requieren zonas de transición de 3 mm

Trampa de costes:
El área de chapado incorrecta de un backplane aumentó el coste de acabado de 8% a 34% del total.

Árbol de decisiones de selección

5 clínicas de fracaso común

Q1: ¿Residuos negros en los pads ENIG después del reflujo?
→ ¡"Fragilización del oro"! Compruébelo inmediatamente:

1. Contenido de Ni-P (7-9% óptimo)
2. ¿Espesor de Au >0,08μm?
3. Pasta de soldadura Contenido Bi

P2: ¿Bigotes de estaño en ImSn después de 3 meses de almacenamiento?
→ Ejecuta "rescue trio":

1. 150°C horneado durante 2hrs
2. Aplicar nanorrevestimiento antidifusión
3. Cambiar al proceso de estañado mate

P3: ¿Las placas OSP muestran una humectabilidad deficiente tras múltiples reflujos?
→ ¡La película orgánica se degrada! Siga estos pasos:

1. Verificar que la temperatura máxima de reflujo no supere los 245°C
2. Compruebe el tiempo de almacenamiento: el OSP se degrada al cabo de 6 meses.
3. Considere la posibilidad de añadir una atmósfera de nitrógeno durante el reflujo

P4: ¿Las placas ENEPIG no superan las pruebas de tracción de cables?
→ Normalmente, una emisión de capa de paladio:

1. Medir el espesor del Pd (0,15-0,25μm ideal).
2. Comprobación de la oxidación del Pd (se recomienda el análisis XPS)
3. Ajustar el pH del baño de DP entre 8,2 y 8,6

P5: ¿Tiene placas HASL con espesores de soldadura desiguales?
→ Es necesario calibrar la cuchilla de aire:

1. Verifique la presión de la cuchilla de aire (25-35 psi típico)
2. Compruebe el tiempo de nivelación (óptimo: 3-5 segundos)
3. Inspeccionar las fijaciones de soporte de la placa en busca de alabeos.

Consejos profesionales de Fabricantes de PCB

1. HASL - Para placas de doble cara, solicite el procesado de "doble inmersión" para evitar el efecto sombra
2. ENIG - Especifique siempre níquel "medio fósforo" (6-9% P) para una mayor fiabilidad.
3. OSP - Para aplicaciones de alta fiabilidad, elija formulaciones OSP "Tipo 3
4. ImSn - El almacenamiento en armarios de nitrógeno prolonga la vida útil de 6 a 12 meses
5. ImAg - Añadir un tratamiento antimanchas si las placas van a someterse a múltiples ciclos térmicos.
6. ENEPIG - Especifique "níquel de baja tensión" para aplicaciones de PCB flexibles
7. Oro duro - El contenido de cobalto debe ser de 0,1-0,3% para una resistencia óptima al desgaste.

Análisis de rentabilidad

Tendencias futuras en acabados superficiales

1. Nanocompuesto OSP - Las fórmulas mejoradas con grafeno se conservan el doble de tiempo en los ensayos
2. ENIG de baja temperatura - Las nuevas químicas permiten procesar a 65°C frente a los 85°C tradicionales
3. Acabados selectivos - Combinación de distintos acabados en una misma placa (por ejemplo, ENIG + OSP)
4. Películas autocurativas - OSP experimental que repara pequeños arañazos durante el reflujo
5. Procesos sin halógenos - Cumplimiento de la próxima normativa medioambiental de la UE

Al evaluar los acabados superficiales, recuerde: no existe una opción universal "mejor", sino la solución más adecuada para sus requisitos de diseño específicos, sus limitaciones presupuestarias y sus capacidades de fabricación. El acabado más caro no es necesariamente la elección correcta, del mismo modo que la opción más económica podría provocar fallos en el campo. Realice siempre pruebas en condiciones reales con su diseño de PCB y componentes reales antes de finalizar su selección.