Classificazione delle finiture di superficie del PCB: tipi, caratteristiche e applicazioni

Le finiture di superficie dei PCB sono gli eroi sconosciuti della produzione elettronica, colmando il divario tra tracce di rame e giunti di saldatura.Questi rivestimenti protettivi assicurano connessioni elettriche affidabili, resistenti alla corrosione e prolungano la durata di conservazione, fondamentali per tutto, dagli smartphone ai sistemi aerospaziali.la scelta della finitura corretta dipende dalle esigenze dell'applicazioneQuesta guida classifica le finiture superficiali PCB più comuni, ne confronta le caratteristiche,e ti aiuta a scegliere l'opzione migliore per il tuo progetto.

I punti chiave
1Le finiture superficiali dei PCB proteggono le tracce di rame dall'ossidazione, garantendo la saldabilità durante l'assemblaggio e l'affidabilità a lungo termine.
2.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) offre la migliore combinazione di solderabilità, durata di conservazione e prestazioni ad alta frequenza, ideale per applicazioni mediche e aerospaziali.
3.HASL (Hot Air Solder Leveling) rimane conveniente per l'elettronica di consumo di grandi volumi, ma ha difficoltà con componenti di tono sottile.
4.L'acciaio stagno e argento a immersione eccellono nei progetti privi di piombo e ad alta densità, mentre l'OSP (Organic Solderability Preservative) è preferito per i progetti a basso costo e a breve durata.
5La selezione dipende da fattori quali la dimensione del passo (necessita di ENIG/tin ≤ 0,4 mm), la durata di conservazione (ENIG dura > 1 anno) e lo stress ambientale (l'automotive ha bisogno di resistenza alle alte temperature).

Che cosa sono le finiture di superficie dei PCB?
Le finiture di superficie del PCB sono rivestimenti sottili applicati a tracce di rame e pad esposti dopo l'incisione.
Prevenzione dell'ossidazione: il rame nudo reagisce con l'aria, formando uno strato di ossido non saldabile in poche ore.
Migliorare la saldabilità: fornire una superficie stabile per bagnare la saldatura e formare giunti forti durante la saldatura a riversamento o a onde.
Protezione durante la manipolazione: resistenza a graffi, umidità e sostanze chimiche durante il montaggio e la conservazione.
Senza una finitura, i PCB diventano non assemblabili in pochi giorni e anche una minima ossidazione può causare guasti delle giunzioni di saldatura nell'uso sul campo.

Classificazione delle finiture di superficie dei PCB
Le finiture superficiali sono classificate in base ai loro materiali e ai loro processi di applicazione.

1. HASL (nivelazione con saldatura ad aria calda)
L'HASL è una delle finiture più antiche e più utilizzate, specialmente nella produzione di grandi volumi.
Immersione del PCB in saldatura fusa (senza piombo o stagno-piombo).
Soffiare aria calda sulla superficie per rimuovere la saldatura in eccesso, lasciando un rivestimento piatto (ma leggermente irregolare).
Caratteristiche:
Composizione: 99,3% di stagno, 0,7% di rame (senza piombo) o 63% di stagno/37% di piombo (tradizionale, ora raro).
Soldabilità: eccellente per i componenti SMT a fori trasversali e di grandi dimensioni; la saldatura si bagna facilmente.
Durata di conservazione: 6-9 mesi (l'ossidazione degrada lentamente la solderabilità).
Costo: più basso tra le finiture (1x base).
Vantaggi:
Economica per la produzione di grandi volumi (più di 100.000 unità).
Resiste a più cicli di reflusso (35x).
Svantaggi:
La superficie irregolare (± 10 μm) rischia di creare un ponte di saldatura nei componenti a passo sottile (< 0,8 mm di passo).
Le versioni senza piombo hanno punti di fusione più elevati, richiedendo profili di reflusso più caldi.
Migliore per: elettronica di consumo (TV, router), PCB a basso costo con componenti di grandi dimensioni.

2. ENIG (oro a immersione in nichel senza elettro)
L'ENIG è una finitura a due strati: una barriera di nichel (36 μm) rivestita da uno strato sottile di oro (0,05 ‰ 0,2 μm).
Caratteristiche:
Composizione: nichel-fosforo (6·8% fosforo) + oro puro.
Solderabilità: eccellente; il nichel forma forti legami con la saldatura, mentre l'oro impedisce l'ossidazione.
Durata di conservazione: > 1 anno (l' oro resiste all' ossidazione a tempo indeterminato).
Costo: 1,5 ¢2 volte superiore a HASL.
Vantaggi:
Superficie piana (± 2 μm) ideale per componenti a tono sottile (≤ 0,4 mm BGA, QFN).
Performance ad alta frequenza (basse perdite di segnale fino a 40 GHz) grazie alla conduttività dell'oro.
Resiste alla corrosione e alle temperature estreme (da -40°C a 125°C).
Svantaggi:
Rischio di “black pad” (corrosione del nichel sotto l'oro) se i parametri di verniciatura sono disattivati.
L'oro è costoso; gli strati spessi (> 0,2 μm) causano la fragilità della saldatura.
Migliore per: dispositivi medici, aerospaziali, attrezzature 5G e PCB con componenti a picco sottile.

3- Immersione in latta.
Lo stagno di immersione deposita uno strato di stagno puro (0,8 2,5 μm) mediante reazione chimica, formando una superficie soldata senza elettricità.
Caratteristiche:
Composizione: 99,9% di stagno.
Solderabilità: molto buona; forma giunti di saldatura forti e duttili.
Durata di conservazione: più di 12 mesi se conservati correttamente (in sacchetti secchi e sigillati).
Costo: 1,2 x 1,5 HASL.
Vantaggi:
Superficie piana (± 3 μm) adatta per disegni a passo sottile (0,5 mm) e ad alta densità.
Senza piombo e conforme alla normativa RoHS.
Compatibile sia con le saldature senza piombo che con quelle tradizionali.
Svantaggi:
Suscettibile a “muschi di stagno” (piccoli filamenti conduttori) in ambienti umidi, con rischio di cortocircuiti.
Richiede una manipolazione attenta; lo stagno si graffierà facilmente.
Migliore per: elettronica automobilistica (faretti a LED), sensori industriali e PCB con componenti a picco medio.

4. OSP (conservante organico per la saldabilità)
L'OSP è un sottile rivestimento organico (0,1 ∼0,5 μm) applicato tramite immersione, formando uno strato protettivo che si dissolve durante la saldatura, esponendo il rame fresco.
Caratteristiche:
Composizione: sostanze organiche a base di azole (derivati di benzotriazolo).
Solderabilità: buono per 1 ̊2 cicli di rifluenza; si dissolve in modo pulito durante la saldatura.
Durata di conservazione: 3-6 mesi (degrado di umidità > 60%).
Costo: 0,8x HASL (il più economico per il basso volume).
Vantaggi:
Superficie ultrapiatta (± 1 μm) perfetta per componenti a tono sottile (< 0,4 mm).
Nessun strato metallico, preservando l'integrità del segnale ad alta frequenza (ideale per il 5G).
Svantaggi:
Unico utilizzo; l'OSP si dissolve durante la saldatura, lasciando il rame esposto all'ossidazione successivamente.
Poca durata; graffi o umidità rovinano la solderabilità.
Perfetto per: prototipi a basso volume, PCB ad alta frequenza (5G, radar) e dispositivi a breve durata.

5- Silver Immersion.
L'argento di immersione è uno strato sottile di argento (0,1 ∼0,5 μm) depositato chimicamente, offrendo un equilibrio tra prestazioni e costi.
Caratteristiche:
Composizione: argento puro.
Solderabilità: eccellente; forma giunti forti con un flusso minimo.
Durata di conservazione: 6 ̊9 mesi (manchevolezza ad alta umidità).
Costo: 1,3 x 1,6 HASL.
Vantaggi:
La superficie piana (± 3 μm) funziona per segnali a tono sottile (0,5 mm) e ad alta velocità.
Processing più veloce di ENIG, riducendo i tempi di consegna.
Svantaggi:
L'oscuramento in ambienti umidi (> 60% RH) riduce la saldabilità.
La migrazione dell'argento rischia cortocircuiti nei PCB ad alta tensione.
Migliore per: apparecchiature di telecomunicazione, PCB militari e progetti che richiedono una resa più rapida dell'ENIG.

Tabella di confronto: Finiture di superficie dei PCB

Come scegliere la corretta finitura
La selezione dipende dalle esigenze specifiche del progetto.

1. Componente di dimensione di passo
Tonno sottile (< 0,4 mm): ENIG o OSP (le superfici piatte impediscono il ponte).
Tonno medio (0,5 0,8 mm): Stagno per immersione, argento o ENIG.
Grande passo (> 0,8 mm): HASL (più economico).

2Requisiti di durata di conservazione
> 6 mesi: ENIG o stagno per immersione (resiste all'ossidazione più a lungo).
3-6 mesi: argento di immersione o HASL.
A breve termine (prototipi): OSP (costo più basso).

3Ambiente di applicazione
Alta umidità: ENIG (l'oro resiste alla macchia) o stagno immersionale (meglio dell'argento).
Alta temperatura: ENIG (il nichel resiste a 300°C+) o stagno per immersione.
Alta frequenza (5G/radar): OSP (senza strato metallico) o ENIG (bassa perdita di segnale).

4. Volume di produzione e costi
Volume elevato (100k+): HASL (costo unitario più basso).
Volume medio (10k 100k): stagno o argento per immersione.
Basso volume/alta affidabilità: ENIG (giustifica il costo più elevato).

5. Norme industriali
Automotive (IATF 16949): ENIG o stagno per immersione (resiste alle vibrazioni/calore).
Medicale (ISO 13485): ENIG (biocompatibile, lunga durata di conservazione).
Aerospaziale (AS9100): ENIG (resiste a condizioni estreme).

Miti comuni sulle finiture di superficie dei PCB
Mito: ENIG è sempre migliore.
Fatto: l'ENIG è eccessivo per PCB a basso costo e a grande passo; l'HASL funziona bene e costa meno.

Mito: OSP non è affidabile.
Fatto: OSP funziona bene per dispositivi a breve durata (ad esempio, elettronica stagionale) e progetti ad alta frequenza.

Mito: l'immersione in latta causa i baffi in tutti i casi.
Fatto: una corretta copertura (additivi per sopprimere i baffi) e una corretta conservazione (in condizioni asciutte) riducono al minimo questo rischio.

Domande frequenti
D: Quale finitura è migliore per PCB ad alta frequenza (28GHz+)?
R: OSP (nessun strato metallico) o ENIG (basse perdite di oro) sono i migliori.

D: Posso utilizzare ENIG per il montaggio senza piombo?
R: Sì, ENIG lavora con saldatura senza piombo (Sn-Ag-Cu) e soddisfa i requisiti RoHS.

D: Come prolungherò la durata di conservazione dell'OSP?
R: Conservare i PCB in sacchetti sigillati con essiccanti, mantenere l'umidità < 50% e utilizzare entro 3 mesi dalla produzione.

D: Che cosa causa il "pad nero" nell'ENIG?
R: eccessiva incisione del nichel o parametri di rivestimento in oro inadeguati.

D: L'HASL è ancora rilevante per le normative prive di piombo?
R: Sì. L'HASL senza piombo (Sn-Cu) soddisfa la RoHS e rimane conveniente per i componenti di grandi dimensioni.

Conclusione
Le finiture superficiali dei PCB sono fondamentali per l'affidabilità, il successo dell'assemblaggio e le prestazioni.OSP per l'alta frequenza potete selezionare la finitura ottimale per il vostro progettoChe si tratti di costruire uno smartphone o un satellite, la corretta finitura della superficie garantisce che il tuo PCB sopravviva all'assemblaggio, allo stoccaggio e agli anni di utilizzo sul campo.