jueves, 25 de septiembre de 2014

Acabados superficiales para PCB

ENIG. Cortesía de Modern Printed Circuit
Algunos fabricantes de equipos originales (OEM) pueden no estar familiarizados con el acabado de placa de circuito impreso (PCB) de superficie. Sin embargo, la mayoría de los diseñadores de PCB veteranos, fabricantes y los ingenieros de montaje están bien familiarizados con las diversas capas aplicadas a las placas de circuitos. El acabado de superficie se aplica a una PCB para asegurar la soldadura de la placa inferior de metal y es la capa más externa que se disuelve en la pasta de soldadura cuando el PCB pasa por el horno de reflujo durante el montaje.

Varios importantes nuevos avances en el mundo del PCB en los últimos años han afectado a estos acabados. Esto incluye la introducción de las restricciones de sustancias peligrosas (RoHS) de toda la industria, que prohíbe el uso de plomo en los equipos electrónicos. También, más recientemente, los fabricantes de equipos han dado un mayor impulso hacia productos portátiles, lo que repercute significativamente en tamaños y tecnologías de PCB. Estos y otros avances tienen una influencia directa sobre los tipos de acabados de superficie utilizados en una variedad de aplicaciones diferentes. Así que vale la pena echar un nuevo vistazo a estos acabados para determinar dónde encajan mejor.

El negocio del PCB ha abrazado cinco acabados tradicionales (véase el gráfico). La mayoría de los expertos están de acuerdo en que los acabados tienen longevidad debido a que la tecnología de PCB ha sido bastante seria por un número de años. En este sentido significa que, en términos generales, el tamaño promedio de un circuito PCB ha sido aproximadamente el de un bloc de notas; el envase ha sido bastante convencional y, básicamente, el equipo de fabricación de PCB de la misma generación se ha usado para ensamblar esos tableros más grandes. Sin embargo, con el advenimiento de los teléfonos inteligentes, iPads, y otros equipos más pequeños, portátiles, los PCB se han reducido, los envases de dispositivos se ha vuelto extremadamente pequeños, y en algunos casos, ha sufrido una metamorfosis hasta el punto que apenas se puede ver estos dispositivos. Sólo las recientes máquinas de visión de gran aumento de montaje pueden ver de manera efectiva a efectos de verificación.

Mientras tanto, los viejos acabados de superficie de PCB siguen siendo populares en la mayoría de los casos. Muchos fabricantes de equipos originales todavía están exigiendo tableros más grandes y utilizan los acabados de tablero superficiales convencionales. Sin embargo, los técnicos y proveedores de acabado superficial PCB están siguiendo de cerca las tendencias de la tecnología asociadas con los PCB. Mientras lo hacen, están apuntando ciertas características de la aplicación de PCB y se han decidido con sus versiones del acabado superficial adecuado para satisfacer las demandas de OEM más nuevos.

Recortar gastos, minimizar las preocupaciones

Una de esas demandas es recortar costos. Históricamente, los fabricantes de equipos han visto de cerca los costos de desarrollo de productos, ya que el precio de los productos sigue aumentando. No hay duda de ello, el oro no se ha hecho menos costoso. OEMs han seguido de cerca los precios del oro y el aumento del costo del acabado superficial popular, no electrolítico de oro de inmersión de níquel (ENIG). El oro asociado con ENIG es una capa muy delgada de metal precioso, sin embargo, todavía es costosa.

Desarrolladores que trabajan con los acabados más recientes tratan de mantener las características deseables de los acabados tradicionales como ENIG, pero al mismo tiempo los sustituyen con nuevas innovaciones para recortar los costos y mejorar el rendimiento. Plata por inmersión de níquel electrolítico (ENImAg) introducido recientemente por Macdermid, es un ejemplo. El uso de plata en lugar de oro reduce el costo. Además, la empresa sostiene que su ENImAg es también una solución a las preocupaciones asociadas con la soldadura defectos de unión y fallas en las superficies ENIG conocidos como "pad negro" o "línea de níquel negro "(BLN).

El "Pad Negro" está estrechamente relacionado con la matriz altamente estresada de paquetes de grilla de bolas juntas de soldadura (BGA). Entre las razones por las que se le está poniendo tanta atención es el hecho de que hoy BGAs son el tipo más popular de envases dispositivo que se coloca en PCB de todos los tamaños. En particular, con algunos PCB disminuyendo en tamaño, dispositivos altamente funcionales alojados en paquetes micro BGA se utilizan para rellenar esas tablillas. El Pad Negro es particularmente frecuente en el embalaje de paso fino y ultrafino que tiene distancias muy estrechas entre los cables o las conexiones de bolas diminutas en un BGA.

El níquel electrolítico de oro paladio de inmersión o ENEPIG para abreviar, es otro contendiente para proteger a un PCB de problemas de soldabilidad de ENIG. Proponentes ENEPIG dicen que el problema del fracaso del pad negro ya no existe. Eso es porque la capa no electrolítico de níquel no se ve comprometida gracias al paladio que se extiende sobre ella utilizando la reducción química. Además, el proceso de ENEPIG es menos caro que el oro enlazable. Algunas estimaciones de ahorro pueden alcanzar hasta un 80 por ciento del costo total del acabado final cuando ENEPIG reemplaza procesos de níquel-oro.

Aunque ENEPIG es popular, no es realmente una novedad, sino más bien un acabado que ahora es rentable. Hace una década, ENEPIG no era exactamente un acabado recibido por los fabricantes de PCB ya que el paladio estaba a un precio fuera del alcance de los fabricantes preocupados por los costos de PCBs y el OEM. Sin embargo, hoy en día, es menos caro que el oro y es buscado por las aplicaciones de las uniones de alambre, RoHS o sin plomo, y montaje de PCB con plomo. ENEPIG se describe como ideal para usos militares de alta confiabilidad, la industria aeroespacial y sistemas electrónicos médicos.

Revisión de los cinco grandes

Los cinco grandes acabados superficiales que han resistido la prueba del tiempo con los fabricantes de PCB y casas de montaje se siguen utilizando ampliamente. Los cinco acabados tradicionales se han asociado con características positivas y negativas:

• Nivelación de soldadura de aire caliente (HASL) de plomo PCB y HASL sin plomo 
• Protectores Soldabilidad Orgánicos (OSP) 
• Inmersión Electrolítico de Níquel-Oro (ENIG) 
• Estaño por inmersión 
• Plata por inmersión

HASL es el abuelo de todos ellos. En algunos círculos, los veteranos afirman que fue el acabado utilizado en el tablero de circuito original. Cuenta con una serie de fabricantes de atributos PCB y casas de ensamblaje. En el lado positivo, tanto con plomo y sin plomo están disponibles; sin embargo, el costo de la versión libre de plomo es alto, sin embargo, el que contiene plomo permanece bajo. Los fabricantes afirman que este es el mejor resultado en cuanto a la integridad de la soldadura conjunta. Ese rasgo por sí solo dice mucho de la alta fiabilidad de las juntas de soldadura. El personal de montaje PCB trabaja con HASL porque pueden resistir condiciones de múltiples ciclos de reflujo.
Entre las desventajas de HASL esta que tiene pobre coplanariedad para la versión con plomo. Pero en el lado positivo, HASL libre de plomo tiene buena coplanaridad. Coplanaridad, que es sinónimo de deformación o arco y torsión, en el tablero es una preocupación creciente entre los fabricantes de equipos originales y fabricantes contratistas y proveedores de EMS. La deformación afecta adversamente la integridad de la unión de soldadura. El mantenimiento de la integridad que es cada vez más difícil debido a un mayor uso de dispositivos más finos como micro BGA. La unión de soldadura en estos casos está en mayor riesgo ya que los volúmenes de soldadura en pasta son considerablemente más pequeños.

Cortesía de Modern Printed Circuit

Estaño por inmersión viene de segundo en cuanto a popularidad. Tiene una excelente coplanaridad, lo que significa que proporciona una superficie plana y consistente, es un buen partido para los dispositivos de paso fino. El costo para el fabricante es aceptable, pero el producto tiene una vida útil limitada. Los fabricantes más conservadores dicen que el  estaño por inmersión debe ser utilizado dentro de tres a seis meses. Sin embargo, algunos ensambladores le dan una vida útil de nueve a doce meses. Sin embargo, el fenómeno llamado "filamentos de estaño" ha plagado históricamente el estaño por inmersión. Estos conductores eléctricos, formaciones similares a pelos pueden causar cortocircuitos y fallas en el sistema posteriormente.

A pesar del costo adicional en que se incurre con oro, ENIG sigue siendo un acabado de superficie bien aceptado. Cuenta con altas calificaciones en todas las categorías clave, en particular, una coplanaridad y costo de fabricación medio. La plata por Inmersión también es uno de los acabados superficiales superiores. Su coplanaridad e integridad de soldadura son excelentes. Cumple la normativa ROHS, que en este día y época es muy importante. Puede soportar múltiples reflujos y tiene una buena vida útil. El inconveniente de OSP es que sólo puede sostener un par de ciclos de reflujo. Más que eso, el PCB incurre en daño térmico. De lo contrario, sus características reflejan estrechamente las de plata por inmersión.

Fuente: Modern Printed Circuit
Traducción: Raúl Guzmán