Qu'est-ce que le traitement de surface des PCB ?

Le traitement de surface des circuits imprimés fait référence à la zone de la feuille de cuivre exposée du circuit imprimé (comme les plots, les chemins conducteurs) recouverte d'une couche de métal ou d'alliage, en tant que surface de cuivre de la "barrière protectrice" et du "milieu de soudage".

Fonctions essentielles du traitement de surface des circuits imprimés

Protection physique : Le cuivre est isolé du contact avec l'air et l'humidité, ce qui empêche l'oxydation, la sulfuration et d'autres réactions corrosives ;
Optimisation de la soudabilité :Fournir une interface de soudure plate et stable pour assurer une connexion fiable entre la soudure (par exemple, la pâte à braser) et la couche de cuivre ;
Garantie de performance électrique : pour maintenir la stabilité de la conduction du circuit, pour éviter les anomalies d'impédance ou les risques de court-circuit dus à la détérioration de la surface du cuivre.

L'importance du traitement de surface des PCB

Objectif principal : résoudre le "problème d'oxydation" de la surface du cuivre.

Le cuivre à température ambiante avec l'oxygène de l'air, le contact avec la vapeur d'eau génère de l'oxyde de cuivre (CuO) ou du carbonate de cuivre alcalin (vert de cuivre), ces couches oxydées réduisent de manière significative la mouillabilité de la soudure &#8212 ce qui se manifeste spécifiquement par le fait que la soudure "refuse de souder", que les joints de soudure sont faux ou fissurés. La préparation de la surface garantit que la surface du cuivre est active pendant le brasage en la recouvrant d'un revêtement qui bloque radicalement le chemin de contact du cuivre avec l'oxydant.

Importance pour l'industrie : processus critique tout au long du cycle de vie des PCB

1.Fabrication
Garantir les rendements de la technologie SMT (Surface Mount Technology) et réduire les coûts de reprise dus à une mauvaise soudabilité ;
L'uniformité de l'enrobage a une incidence directe sur la résistance mécanique des composants après le brasage (par exemple, la tension du joint de soudure, la force de cisaillement).

2. le stockage et le transport
Dans le cadre d'un stockage à long terme, le revêtement peut résister à l'humidité, au brouillard salin et à l'érosion due à d'autres facteurs environnementaux (dans les zones côtières où se trouvent des équipements, les PCB doivent faire l'objet d'une attention particulière afin de prévenir la rouille) ;
Éviter les dommages à la surface du cuivre causés par les frottements et les collisions pendant le transport.

3. adaptation à l'utilisation des scènes
Les environnements à haute température (tels que l'électronique automobile, le contrôle industriel) exigent que le revêtement ait une résistance au vieillissement afin d'éviter la décomposition ou l'oxydation du revêtement à haute température ;
Dans les circuits à haute fréquence, la planéité du revêtement affecte la perte de transmission du signal (par exemple, le procédé de dorure par immersion est couramment utilisé dans les circuits imprimés RF en raison de la bonne uniformité du revêtement).

Comparaison approfondie de 7 finitions de surface de circuits imprimés

1. Mise à niveau de la soudure à l'air chaud (HASL)

Principe du processus:
L'immersion des circuits imprimés dans de la soudure en fusion à 260°C (Sn63Pb37 ou SAC305), suivie de l'élimination de l'excès de soudure à l'air chaud à haute pression (400°C), crée des surfaces irrégulières et accidentées.

Idéal pour:

• Électronique grand public (chargeurs, pilotes de LED)
• Commandes de gros volumes sensibles aux coûts

Une leçon difficile:
Un fabricant de routeurs a connu des vides généralisés dans les BGA en utilisant du HASL sans plomb, et a fini par ajouter une étape de pré-étamage des tampons qui a augmenté le coût de 0,17 $/carte.

Contrôles critiques:

2.Nickel doré par immersion sans électrolyse (ENIG)

Structure des couches:
“Sandwich” deposition: Ni sans électrolyse (3-5μm) → Au de déplacement (0,05-0,1μm). Le Ni agit comme un “pare-feu de cuivre,&#8221 ; Au comme une “interface de soudure.&#8221 ;

Étude de cas sur les fréquences élevées:
Une carte radar à ondes millimétriques a choisi ENIG plutôt qu'OSP parce que la perte d'effet de peau d'Au était 23% plus faible (@77GHz).

Analyse du coussin noir:
Lorsque le bain de Ni dépasse 91°C, la ségrégation du phosphore forme des phases Ni3P fragiles (le MEB montre une morphologie craquelée). Prévention :

• Ajouter le tampon d'acide citrique
• Mettre en œuvre le placage par impulsion
• Inclure le micro-mordançage avant le dépôt d'Au

3.Conservateur de soudabilité organique (OSP)

Protection moléculaire:
Les chélates benzimidazole-cuivre forment des films de 0,2-0,5μm résistant à une oxydation naturelle de 6 mois.

Le choix privilégié de la 5G:
Une carte AAU de station de base utilisant OSP+LDI a économisé 4,2 $/m² par rapport à ENIG avec une perte d'insertion inférieure de 0,3dB/cm (@28GHz).

Ce qu&#8217il ne faut pas faire en matière de stockage:

• RH>60% provoque l'hydrolyse du film
• Les emballages contenant du soufre créent des taches noires de Cu2S
• Doit SMT dans les 24 heures suivant le déballage

4.Étain par immersion (ImSn)

Microstructure:
L'épaisseur de l'intermétallique Cu6Sn5 (idéal : 1,2-1,8μm via EDX) détermine la fiabilité.

Succès automobile:
Un module ECU a passé 3000x cycles -40°C~125°C avec ImSn contre 2400x avec ENIG.

Risques liés au processus:

• Croissance des chuchotements d'étain (supprimée par le pré-vieillissement par refusion)
• Contamination croisée dans les panneaux double face
• Incompatible avec le collage de fils d'aluminium

5.Argent d'immersion (ImAg)

Intégrité du signal Bord:
La perte d'insertion à 10 GHz est inférieure de 15 % à celle de l'ENIG (selon IPC-6012B).

Contre-mesures en matière de migration:
Le dopage par nanoparticules augmente le seuil de migration de 3,1V à 5,6V pour les modules d'alimentation de 48V.

Contrôle de l'épaisseur:

• Le thiosulfate de sodium comme inhibiteur
• Cuve de métallisation par pulvérisation
• Post-traitement de passivation au chromate

6.Nickel chimique Palladium chimique Or d'immersion (ENEPIG)

Innovation en couches:
Le Pd de 0,1-0,2μm entre Ni (3-4μm) et Au (0,03-0,05μm) empêche la diffusion de Au.

Application SiP:
Un boîtier 3D réalisé par brasage mixte fil Au/SnAgCu à l'aide d'ENEPIG.

Optimisation des coûts:

• Gradient d'épaisseur de Pd (0.15μm au bord/0.08μm au centre)
• Alliage Pd-Co au lieu de Pd pur

7.Or dur électrolytique

Protection de niveau militaire:
L'Au dopé au cobalt (1-3μm) à une dureté de 180HV résiste à une usure 50x plus importante que l'ENIG.

Spécifications du connecteur:

• Biseau des doigts en or : 30°±1°.
• Épaisseur du nickel ≥5μm
• Zones de transition de 3 mm requises

Piège des coûts:
La zone de placage incorrecte d&#8217un fond de panier a fait passer le coût de la finition de 8 % à 34 % du total.

Arbre de décision pour la sélection

5 cliniques d'échec courantes

Q1 : Résidus noirs sur les pastilles ENIG après refusion ?
→ “Fragilisation de l'or” ! Vérifier immédiatement :

1. Teneur en Ni-P (7-9% optimale)
2. Épaisseur d'au >0.08μm ?
3. Pâte à braser Contenu Bi

Q2 : Des moustaches d'étain sur l'ImSn après un stockage de 3 mois ?
→ Exécuter le "trio de sauvetage" :

1. 150°C au four pendant 2 heures
2. Application d'un nanorevêtement anti-diffusion
3. Passer au procédé de l'étain mat

Q3 : Les cartes OSP présentent une mauvaise mouillabilité après de multiples reflux ?
→ Le film organique se dégrade ! Procédez comme suit :

1. Vérifier que la température maximale de refusion n&#8217a pas dépassé 245°C
2. Vérifier la durée de stockage &#8211 ; les OSP se dégradent après 6 mois
3. Envisager l'ajout d'une atmosphère d'azote pendant la refusion

Q4 : Les cartes ENEPIG échouent aux tests d'arrachage des fils ?
→ Généralement, il s'agit d'un problème de couche de palladium :

1. Mesurer l'épaisseur de Pd (0.15-0.25μm idéal)
2. Vérifier l'oxydation du Pd (analyse XPS recommandée)
3. Ajuster le pH du bain de PD entre 8,2 et 8,6

Q5 : Avez-vous des cartes HASL avec une épaisseur de soudure inégale ?
→ Calibrage de la lame d'air nécessaire :

1. Vérifier la pression de la lame d'air (25-35 psi typiquement)
2. Vérifier le temps de mise à niveau (3-5 secondes au maximum)
3. Inspecter les fixations du support de la carte pour vérifier qu'il n'y a pas de déformation

Conseils de pro de Fabricants de circuits imprimés

1. HASL &#8211 ; Pour les cartes double face, demander un traitement "dual dip" pour éviter l&#8217effet d&#8217ombre.
2. ENIG &#8211 ; Toujours spécifier “mid-phosphorus&#8221 ; nickel (6-9% P) pour une meilleure fiabilité
3. OSP &#8211 ; Pour les applications à haute fiabilité, choisissez les formulations OSP de type 3.
4. ImSn &#8211 ; Le stockage dans des armoires à azote prolonge la durée de conservation de 6 à 12 mois
5. ImAg &#8211 ; Ajouter un traitement anti-ternissement si les panneaux doivent subir plusieurs cycles thermiques
6. ENEPIG &#8211 ; Spécifiez “le nickel à faible contrainte&#8221 ; pour les applications de circuits imprimés flexibles
7. Or dur &#8211 ; La teneur en cobalt doit être comprise entre 0,1 et 0,3 % pour une résistance optimale à l'usure.

Analyse du compromis coût-performance

Tendances futures en matière de finitions de surface

1. Nanocomposite OSP &#8211 ; Des essais montrent que les formulations améliorées par le graphène ont une durée de conservation deux fois plus longue
2. ENIG basse température &#8211 ; De nouvelles chimies permettent un traitement à 65°C au lieu des 85°C traditionnels
3. Finitions sélectives &#8211 ; Combinaison de différentes finitions sur des cartes uniques (par exemple, ENIG + OSP)
4. Films d'autoguérison &#8211 ; OSP expérimental qui répare les rayures mineures pendant la refusion
5. Procédés sans halogène &#8211 ; Répondre aux futures réglementations environnementales de l'UE

Lorsque vous évaluez les finitions de surface, n&#8217oubliez pas qu&#8217il n&#8217y a pas d&#8217option universelle “meilleure&#8221 ; il n&#8217y a que la solution la plus appropriée pour vos exigences de conception spécifiques, vos contraintes budgétaires et vos capacités de fabrication. La finition la plus chère n&#8217est pas nécessairement le bon choix, tout comme l&#8217option la plus économique peut entraîner des défaillances sur le terrain. Effectuez toujours des tests en conditions réelles avec votre conception de carte de circuit imprimé et vos composants avant de finaliser votre sélection.