Cómo seleccionar el revestimiento de tu PCB y determinar su grosor

Zachariah Peterson
|  Creado: Deciembre 5, 2021  |  Actualizado: Abril 12, 2023
Revestimiento de placas de PCB

Una vez que tu placa de PCB haya pasado por el proceso de fabricación estándar, el cobre desnudo de la PCB estará listo para la aplicación de un acabado de superficie. El revestimiento se aplica para proteger el cobre de la PCB, que, de lo contrario, quedaría expuesto a través de la máscara de soldadura, ya sea una almohadilla, una vía u otro elemento conductor. A menudo, los diseñadores optan por un acabado de PCB de estaño-plomo (SnPb), pero es posible que haya otras opciones de revestimiento que puedan funcionar mejor en función del uso que vaya a tener tu placa de PCB.

En este artículo, repasaré las diferentes alternativas de material de revestimiento de placa y las ventajas para tu PCB. Hay varias opciones a elegir y, según tus necesidades de fiabilidad o uso, es posible que tengas que comprobar que el fabricante sea capaz de aplicar el revestimiento que tu diseño necesita. Analizaremos estas opciones y comentaremos brevemente cómo este revestimiento afecta a las pérdidas.

Tipos de revestimiento de PCB

Hay diferentes tipos de materiales para el revestimiento de las PCB. En las siguientes secciones, he reunido los materiales más comunes y sus características, que todo diseñador de PCB debe conocer y entender. Nunca me he encontrado con un fabricante que no ofrezca todas estas variantes. Si el fabricante que has elegido no indica explícitamente que ofrece alguna de las posibilidades de la siguiente lista, siempre puedes enviarle un correo electrónico para conocer sus posibilidades, incluidas sus opciones de material de revestimiento de PCB.

Estaño-plomo (SnPb) y estaño de inmersión

Este acabado de superficie de PCB es probablemente la opción más económica, pero no cumplirá con la RoHS debido al uso de plomo en el revestimiento. El estaño de inmersión es una alternativa sin plomo que se puede utilizar en las placas de PCB más básicas.

Ventajas

Desventajas

Superficie muy plana.

No es adecuado para procesos de varias pasadas o reelaboraciones.

Económico.

Con el tiempo, se forman filamentos ("bigotes") de estaño.

Compatible con soldaduras estándar.

Puede sufrir daños por manipulación.

 

La dispersión del Sn en el Cu puede reducir la estanqueidad dependiendo del contenido intermetálico.

 

Podría dañar la máscara de soldadura durante el proceso de revestimiento.

 

Nivelación de soldadura por aire caliente (HASL) y HASL sin plomo

Tradicionalmente, HASL ha sido una opción de acabado de superficie muy popular, pero no es tan fiable como otros materiales de chapado. Este material de revestimiento de PCB es barato y está disponible en una opción sin plomo, por lo que funciona bien como revestimiento básico.

Ventajas

Desventajas

Económico.

Su superficie irregular lo hace menos útil para piezas SMD pequeñas.

Se puede reparar.

Puede dañarse por choque térmico.

 

Puede ser difícil de soldar debido a la mala humectación.

 

Oro de inmersión en níquel electrolítico (ENIG)

Dadas las desventajas del SnPb y del estaño de inmersión, hoy en día el ENIG es posiblemente el acabado de superficie de PCB más popular del sector. En este material de recubrimiento, el níquel actúa como una separación entre el cobre y la fina capa superficial de oro sobre la que se soldarán los componentes.

Ventajas

Desventajas

Superficie muy plana.

No es adecuado para procesos de varias pasadas o reelaboraciones.

Reviste sin dificultad los orificios PTH.

Puede ser caro.

Ampliamente disponible.

Puede sufrir infiltraciones de fósforo entre las capas de oro y níquel, conocidas como el síndrome de almohadilla negra.

Permite una fácil soldadura.

Su interfaz rugosa genera pérdidas de señal a altas frecuencias.

Adecuado para componentes de paso fino.

 

Muy resistente contra daños mecánicos.

 

Permite el soldado de alambres (Al).

 

 

Conservante orgánico de soldabilidad (OSP)

Este revestimiento de superficie orgánico a base de agua se une selectivamente al cobre para proporcionar un acabado extremadamente plano. Como material orgánico, es sensible a la manipulación y a los contaminantes, aunque el proceso de aplicación es más sencillo que el de otros materiales de revestimiento de PCB. También tiene una pérdida muy baja a altas frecuencias.

Ventajas

Desventajas

Superficie muy plana.

Se daña fácilmente.

Reparable después de la aplicación.

Vida útil corta.

Se aplica fácilmente.

 

Pérdidas muy bajas en interconexiones de alta frecuencia.

 

Permite el soldado de alambres (Al).

 

 

Plata de inmersión

Este es mi material de revestimiento de PCB preferido para aplicaciones de alta frecuencia. Forma una superficie lisa sobre el cobre desnudo, por lo que no añade tantas pérdidas conductoras como otros acabados de PCB. El principal inconveniente es que las placas desnudas se decoloran, por lo que se deben soldar y empaquetar lo antes posible después de la fabricación.

Ventajas

Desventajas

Fácil de soldar sobre ella y permite las uniones con alambre de aluminio.

Con el tiempo, pueden aparecer filamentos ("bigotes") en la plata.

Superficie muy plana.

El conductor expuesto (sin soldar) puede decolorarse con el tiempo, si bien la adición de OSP ayuda a prevenirlo.

Adecuado para paso fino.

Puede ser difícil de aplicar en vías de pequeño diámetro.

Preferible para interconexiones de alta frecuencia en sistemas de alta fiabilidad.

 

Permite el soldado de alambres (Al).

 

 

Oro de inmersión en paladio no electrolítico de níquel (ENEPIG).

Este material de recubrimiento de PCB tiene una estructura de capas de cobre, níquel, paladio y oro que se puede unir con alambre directamente sobre el propio revestimiento. La capa final de oro es muy delgada, igual que ocurre con el ENIG. La capa de oro es blanda, igual que en ENIG, por lo que el daño mecánico excesivo o los arañazos profundos podrían dejar al descubierto la capa de paladio.

Ventajas

Desventajas

Fácil de soldar sobre ella y permite las uniones con alambre.

Caro.

Superficie muy plana.

La capa de paladio puede hacer que el material sea más difícil de humectar y soldar.

Adecuado para paso fino.

Puede requerir una línea de producción independiente.

Presenta el nivel de corrosión más bajo de entre los materiales de revestimiento de PCB del mercado.

 

Permite las uniones con alambre (Al y Au).

 

 

Oro duro

Este material de revestimiento de placa PCB es esencialmente ENIG, pero con una capa exterior de oro más gruesa, por lo que se encuentra entre los materiales de revestimiento de PCB más caros. La capa de oro proporciona una superficie dura que puede dañarse, pero su grosor dificulta la exposición total de la capa de níquel.

Ventajas

Desventajas

Permite las uniones con alambre (Al y Au).

Muy caro.

Superficie muy resistente.

No apto para zonas que requieran soldadura.

 

Exige pasos de procesamiento adicionales para su aplicación selectiva.

 

Puede presentar esquirlas.

 

Entre todas las opciones de revestimiento de placas de PCB anteriores, ENIG es posiblemente la que presenta un mejor equilibrio entre el coste, la durabilidad y la diversidad de usos. Para la mayoría de los sistemas analógicos de baja frecuencia o los digitales que no siempre funcionan a altas velocidades de flanco (p. ej., SPI o I2C), ENIG suele ser el revestimiento preferido, incluso en sistemas de alta fiabilidad que necesiten alcanzar el nivel de conformidad IPC de clase 3. También es adecuado para almohadillas en encapsulados densos de BGA o de QFN. Si nos fijamos en los materiales de revestimiento alternativos mostrados anteriormente, descubriremos otras aplicaciones más adecuadas: la plata de inmersión o el OSP son la mejor solución para los sistemas de radiofrecuencia, mientras que el estaño de inmersión probablemente funcione perfectamente con los productos desechables (clase 1) que únicamente necesitan cumplir con la normativa sobre ausencia de plomo. En aplicaciones más especializadas como los sistemas digitales de alta velocidad o la RF, el grosor del revestimiento es muy importante, como detallaré a continuación.

Cómo especificar el grosor y el material del revestimiento de una PCB

Los valores típicos de grosor de revestimiento de PCB son de alrededor de 100 micropulgadas. Para la plata de inmersión y el OSP, el grosor habitual del acabado de la PCB puede ser de hasta aproximadamente 10 micropulgadas. Especificar el tipo y el grosor del revestimiento para PCB es fácil: puedes incluirlo en las notas de fabricación (ver el ejemplo a continuación). Si estás haciendo un prototipo y el fabricante tiene un formulario de presupuesto estándar, podrás indicar el tipo de revestimiento en el formulario. En estos formularios, es posible que no te pidan el grosor, así que no te olvides de mencionarlo si necesitas un espesor en particular. Una vez especificado el valor del revestimiento requerido, dependerá del fabricante garantizar que pueda aplicarse adecuadamente hasta el espesor requerido.

Nota de fabricación de PCB sobre el espesor del revestimiento
Ejemplo de nota de fabricación en la que se especifica el revestimiento de la PCB. En este caso, no se especifica el grosor del revestimiento, sino que se incluye en el peso del cobre acabado. En este blog encontrarás un enlace desde el que podrás descargarte las notas de fabricación completas.

¿Por qué es importante el grosor del material de revestimiento de la PCB? Por dos razones. En primer lugar, el estándar IPC-2221A especifica un grosor de chapado mínimo para cada una de las clases de producto IPC (consulta la tabla 4.3. Puedes descargar una copia de este estándar desde mi sitio en este enlace). Si lo que quieres es que tu producto cumpla con cualquiera de las clases de producto estándar del IPC, tendrás que asegurarte de que el grosor del revestimiento se ajuste a sus especificaciones. Normalmente, si especificas la clase del producto, tal como se suele hacer en las notas de fabricación, el grosor mínimo del chapado está implícito. Debes evitar contradecirte, de lo contrario, recibirás un correo electrónico del fabricante preguntándote por el revestimiento.

Otro buen motivo para preocuparse por el grosor del revestimiento de la PCB es el efecto que puede tener sobre las pérdidas. A bajas frecuencias, probablemente no notarás ningún efecto en la frecuencia, por lo que no tendrás que preocuparte demasiado por el grosor del chapado de PCB en lo que a las señales digitales de baja velocidad y las radios sub-GHz se refiere. He hecho emisores impresos personalizados que operan a 5,8 GHz WiFi con ENIG (no es lo mejor para alta frecuencia) que inundaron el receptor en nuestra configuración de prueba, por lo que es posible que no tengas ningún problema con la mayoría de los revestimientos a estas frecuencias si tu circuito está diseñado correctamente.

El problema con las pérdidas surge a frecuencias de ondas milimétricas, como en los radares de corto alcance (24 GHz) y superiores. A estas frecuencias, la rugosidad del cobre contribuye notablemente a las pérdidas, especialmente en sustratos de RF de baja pérdida como el Rogers. El grosor del revestimiento determinará la cantidad de rugosidad que experimentaran las señales al propagarse, lo que se manifestará en la resistencia de efecto piel. Si quieres ver algunos ejemplos, consulta los resultados de John Coonrod en este artículo, concretamente el conjunto de gráficos que muestran la pérdida de inserción. Como puede observarse, una mayor cantidad de chapado rugoso puede provocar un aumento de las pérdidas. Para mayor comodidad, he reproducido a continuación un gráfico para microstrips.

grosor del revestimiento de PCB y pérdida de inserción
Pérdida de inserción por unidad de longitud para cobre desnudo y cobre con revestimiento ENIG con dos espesores. El revestimiento ENIG más grueso produce más pérdidas. [Fuente]

Una vez que hayas determinado el tipo revestimiento de PCB que necesita tu diseño y estés listo para especificar los requisitos de fabricación, podrás crear toda la documentación con las herramientas de fabricación fáciles de usar de Altium Designer®. Una vez que tu diseño esté listo para una revisión exhaustiva y pasar a la producción, tu equipo podrá compartir información y colaborar en tiempo real a través de la plataforma Altium 365™. Los equipos de diseño pueden utilizar Altium 365 para compartir los datos y los requisitos de fabricación a través de una plataforma segura en la nube.

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Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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