Qu'est-ce que la finition de surface dans la fabrication de circuits imprimés ?

La façon la plus simple d'envisager la fabrication de circuits imprimés (PCB) est sans aucun doute de considérer les composants principaux, tels que les circuits, les connexions et les composants. Mais un aspect crucial joue un rôle majeur dans les performances de votre PCB : la finition de surface.

Lors de la fabrication de circuits imprimés, le cuivre de la carte est exposé et doit être protégé. Pourquoi ? Pour une raison inconnue (probablement parce qu'il s'agit de cuivre), le cuivre a tendance à s'oxyder, ce qui nuit à ses performances et peut gêner la soudure ultérieure. Ce cuivre exposé au laser a nécessité une finition de surface afin d'empêcher son oxydation et de rendre la soudure des composants sur la carte pratiquement impossible. Dans ce guide, nous vous présenterons les finitions de surface les plus courantes pour les circuits imprimés et vous aiderons à choisir celle qui convient le mieux à votre projet.

Qu'est-ce que la finition de surface ?

Avant toute chose, il est important de comprendre ce que sont les finitions de surface. La couche protectrice désigne la finition de surface appliquée sur les pastilles de cuivre, formant ainsi une couche de finition sur un circuit imprimé. Par exemple, les pastilles de cuivre d'un circuit imprimé sont les emplacements où sont soudés les composants électroniques (résistances, condensateurs, puces électroniques, etc.). La finition de surface empêche le cuivre de réagir avec l'air et d'entamer le cycle de corrosion. Elle garantit également la bonne soudure des composants.

Pourquoi la finition de surface est-elle si importante ?

Le problème est le suivant : on pourrait se demander pourquoi on accorde autant d'importance à la finition de surface d'un circuit imprimé. La conception des circuits ou la qualité des composants ne sont-elles pas plus importantes ? C'est important aussi, mais si la finition de surface n'est pas bonne, les performances globales du circuit imprimé pourraient en pâtir.

Empêche l'oxydation :

Nous avons mentionné que le cuivre est très oxydable lorsqu'il est exposé à l'air. Il peut alors s'oxyder, créant une couche qui empêche la bonne conductivité de l'électrode.

Facilite la soudure:

Une bonne finition de surface est obtenue par une surface lisse et régulière pour la soudure. Les composants du circuit imprimé sont fixés par soudure.

Améliore la fiabilité:

À long terme, un circuit imprimé bénéficiant d'une bonne finition de surface sera plus fiable. Cette finition protège la carte des facteurs environnementaux, de l'usure et des dommages lors de l'assemblage.

Durabilité:

Les finitions de surface sont développées pour optimiser la durabilité du circuit imprimé. Elles protègent le cuivre de l'oxydation et de l'usure, permettant ainsi au circuit imprimé de supporter plusieurs cycles de soudure et d'offrir de bonnes performances, même dans des environnements variés.

Types de finition de surface PCBC

Une fois que vous aurez compris l'importance des finitions de surface, nous examinerons les finitions les plus courantes utilisées pour la fabrication de circuits imprimés. Chaque type présente des avantages et des inconvénients, et le choix optimal dépend des besoins de votre projet.

HASL (Hot Air Solder Leveling) et HASL sans plomb

L'une des finitions de surface les plus anciennes et les plus répandues pour la fabrication de circuits imprimés est le nivellement de soudure à l'air chaud (HASL). Ce procédé consiste à immerger le circuit imprimé dans une soudure fondue contenant soit de l'étain et du plomb, soit uniquement de l'étain (HASL sans plomb).

Avantages de HASL:

Rentable

Bonne durée de conservation

Facilement retravaillable

Inconvénients du HASL:

Surface inégale

Ne convient pas aux composants à pas fin

Non conforme à la directive RoHS (si plombé)

ENIG (Nickel Immersion Or Electroless)

ENIG est une finition de surface haut de gamme où le nickel est appliqué, suivi d'une fine couche d'or sur les pastilles de cuivre. Le résultat est une surface lisse et plane, idéale pour les circuits imprimés complexes à petits composants, et soumise à un processus contrôlé.

Avantages de l'ENIG :

Surface plane et lisse

Excellente résistance à la corrosion

Conforme RoHS

Inconvénients de l'ENIG :

Plus cher

Problème de tampon noir

ENIGPIG (Or par immersion au nickel et au palladium sans courant)

La version améliorée de l'ENIG est l'ENEPIG. Cette finition consiste en un dépôt d'une couche atomique de palladium entre les couches de nickel et d'or. Outre une excellente protection contre la corrosion, cette finition est idéale pour le câblage par fils, un procédé industriel particulièrement courant dans les applications hautes performances.

Avantages d'ENEPIG :

Idéal pour le câblage

Très fiable

Pas de problème de tampon noir

Inconvénients de l'ENEPIG

Coût élevé

Moins courant

ENIG contre ENIGPIG contre HASL

OSP (conservateur de soudabilité organique)

Il s'agit d'une finition organique qui protège les pastilles de cuivre d'une fine couche organique. C'est la finition la moins chère et elle est souvent utilisée dans l'électronique grand public, où la durabilité à long terme est un inconvénient.

Avantages de l'OSP :

Très abordable

Surface plane

Respectueux de l'environnement

Inconvénients de l'OSP :

Durée de conservation courte

Ne convient pas aux conceptions complexes

Immersion argent

La finition métallique, appelée Immersion Silver, consiste en une fine couche d'argent recouvrant les pastilles de cuivre. Le prix et les performances sont en phase avec ce milieu de gamme : bonne conductivité électrique et surface lisse.

Avantages de l'Immersion Silver :

Idéal pour les applications à haute fréquence

Surface plane

conforme RoHS

Inconvénients de l'argent par immersion :

Ternir

Pas aussi résistant

Boîte à immersion

L'étain par immersion est un procédé de finition de surface des circuits imprimés. Les pastilles de cuivre du circuit imprimé sont immergées dans une solution chimique spéciale, ce qui entraîne la formation automatique d'une fine couche d'étain à leur surface. Ce revêtement d'étain recouvre non seulement toute la surface des pastilles, mais garantit également un revêtement lisse et uniforme. Ce procédé vise à protéger les pastilles de cuivre de l'oxydation tout en améliorant la soudabilité lors de l'assemblage des composants. Il est particulièrement adapté aux circuits imprimés à pas fin nécessitant une surface parfaitement plane.

Avantages de l'étain d'immersion :

Offre une surface plane idéale pour les composants à pas fin

Rentable pour la production à grand volume

Inconvénients de l'étain d'immersion :

Sensible aux moustaches d'étain

Durée de conservation limitée par rapport à d'autres types de finitions de surface

Choisir la bonne finition de surface pour une planche

Le choix de la bonne finition de surface de PCB nécessite de prendre en compte plusieurs facteurs importants pour garantir les performances et la longévité de la carte.

•  Densité et type de composants

Si le PCB contient de nombreux composants électroniques de petite taille ou à haute densité, la sélection d'une finition de surface avec une surface lisse, telle que l'ENIG ou l'or par immersion, améliorera la soudabilité.

•  Exposition environnementale

Si le PCB doit être utilisé dans des environnements humides, à haute température ou corrosifs, une finition de surface avec une forte résistance à l'oxydation, comme ENIG ou OSP, est recommandée.

•  Contraintes budgétaires

Le coût des différentes finitions de surface varie. Les circuits imprimés HASL et HASL sans plomb sont des options économiques adaptées à la production de masse, tandis que l'ENIG et l'or par immersion sont plus coûteux mais offrent une fiabilité supérieure.

•  Exigences de conformité RoHS

Si le produit doit respecter les réglementations environnementales, il est nécessaire de choisir des finitions de surface HASL sans plomb ou d'autres finitions conformes à la directive RoHS, telles que ENIG ou OSP.

Pour des projets rentables, les PCB HASL ou HASL sans plomb sont des choix pratiques, ce qui les rend adaptés à la fabrication électronique générale.

Pour une durabilité et une fiabilité accrues, en particulier pour une utilisation à long terme ou des applications hautes performances, la finition de surface ENIG ou le PCB en or par immersion sont préférés, car ils offrent une meilleure résistance à l'oxydation et une meilleure soudabilité.

Si la conception du circuit imprimé comprend des composants à pas fin (tels que des pastilles ou des boîtiers BGA), une surface parfaitement plane est essentielle. Dans ce cas, l'argent ou l'étain par immersion constituent la meilleure option.

Conclusion

Choisir la bonne finition de surface pour votre circuit imprimé est une étape cruciale du processus de fabrication. Que vous recherchiez une option économique comme le HASL ou une finition haute performance comme l'ENEPIG, comprendre les avantages et les inconvénients de chaque type vous aidera à prendre la meilleure décision pour votre projet.

Avec la bonne finition de surface, votre PCB fonctionnera non seulement mieux, mais durera également plus longtemps, contribuant ainsi au succès de votre produit final.