Differenza tra oro duro ed ENIG per la produzione di PCB

Introduzione

La scelta della finitura superficiale ideale nella produzione di PCB è fondamentale per garantire prestazioni ottimali e una lunga durata. In questo articolo confrontiamo la placcatura in oro duro (Hard Gold) con la placcatura ENIG. Comprendere le caratteristiche di entrambe le finiture, nonché il loro utilizzo, vi aiuterà a scegliere quella più adatta al vostro PCB.

Cos'è la placcatura in oro duro?

La finitura superficiale in oro duro (oro elettrolitico duro) è un rivestimento resistente e durevole. L'aggiunta di indurenti in oro avviene sopra il nichel. Viene utilizzata anche per la placcatura dei bordi e per i punti di contatto dei PCB, dove spesso garantisce connessioni robuste e resistenti all'usura. Altri dispositivi, come gli interruttori a membrana, beneficiano di contatti in oro o "dita d'oro" che ne prolungano la durata. Dopo la mascheratura, si procede alla galvanizzazione con oro 24 carati sul nichel esposto. Questa finitura protegge efficacemente le superfici dei PCB, garantendo connessioni affidabili e durature.

Cos'è la placcatura ENIG?

Una finitura per PCB piuttosto diffusa è la nichelatura chimica a immersione in oro (ENIG). È composta da due strati: nichel e oro. Il primo passaggio consiste nel ricoprire i pad di rame con il nichel. Lo strato di nichel funge anche da protezione e permette la saldatura. Successivamente, viene applicato uno strato d'oro, creando una pellicola sottile. L'oro impedisce l'ossidazione del nichel, contribuendo a ottenere una superficie liscia e uniforme. Questa è una superficie ideale per la saldatura dei componenti. Conforme alla normativa RoHS, l'ENIG è un materiale durevole e ad alta conduttività, comunemente utilizzato.

Differenze tra oro duro e ENIG

Una delle decisioni più importanti che prendi quando si tratta della tua scheda in termini di durata è usare Hard Gold o ENIG nella produzione di PCB. Hard Gold ed ENIG hanno i loro meriti con diverse applicazioni. In questo caso, qui, analizzeremo le differenze di queste finiture per aiutarti a scegliere quelle più adatte alle tue esigenze.

Principio del processo

Il processo chimico utilizzato da ENIG si chiama nichelatura e doratura e viene applicato sulla superficie del rame. Previene la diffusione del rame e rende il sottile strato d'oro resistente, fungendo da base. Lo strato d'oro migliora la saldabilità e resiste all'ossidazione. A differenza della doratura dura, che utilizza l'elettrodeposizione per creare uno strato d'oro più spesso e duro direttamente sul rame, questo materiale è composto principalmente da nichel. Ciò produce una saldatura molto dura e priva di vuoti, con una buona resistenza all'usura, adatta per l'utilizzo in componenti soggetti a usura intensa.

Sequenza di processo

La sequenza di applicazione varia tra ENIG e Hard Gold. Dopo l' applicazione della maschera di saldatura , si procede alla placcatura ENIG, in cui l'oro viene depositato chimicamente sul rame esposto. La maschera di saldatura deve essere applicata dopo la placcatura Hard Gold, che deve avvenire prima poiché il processo richiede una conduttività. Questo perché, se la placcatura Hard Gold necessita di corrente elettrica per essere eseguita, che la maschera bloccherebbe, può essere applicata solo sulle aree di rame esposte.

Prestazioni di saldatura

ENIG è rinomato per il suo strato d'oro liscio e "morbido" che offre giunzioni di saldatura di ottima qualità. La sua superficie uniforme facilita la saldatura della maggior parte dei componenti del PCB , garantendo legami forti. Sebbene sia possibile produrre oro estremamente duro e resistente, la saldatura diventa più complessa. La superficie dura può quindi causare problemi di saldatura, rendendolo meno adatto ad applicazioni che richiedono un elevato grado di affidabilità.

Resistenza all'usura

Lo strato d'oro sottile e più morbido dell'ENIG lo rende relativamente poco resistente all'usura. Il contatto meccanico è limitato e questo è un aspetto per cui è più adatto. Per quanto riguarda l'oro duro, è fatto di una placcatura in oro estremamente resistente all'usura, più spessa e dura. È la qualità perfetta per connettori e altre aree ad alto contatto che richiedono una durata estrema.

Resistenza all'ossidazione

Il sottile strato d'oro di ENIG garantisce un buon livello di resistenza all'ossidazione e quindi crea contatti puliti e funzionali che durano più a lungo del PCB e funzionano correttamente nel tempo. Tuttavia, non è il più resistente per l'esposizione a lungo termine a condizioni difficili. Anche se la placcatura Hard Gold produce uno strato d'oro più spesso, lo strato d'oro fornisce una resistenza all'ossidazione superiore, guadagnandosi la reputazione di una scelta migliore per gli ambienti che necessitano di una durata super.

Colore

La placcatura ENIG ha un tono leggermente più giallo a causa della deposizione chimica del suo sottile strato d'oro. La struttura cristallina elettrodeposta unica conferisce alla placcatura Hard Gold un aspetto più giallo scuro. Con questa finitura, i PCB hanno un aspetto caldo e dorato. A volte la distinzione di colore tra una scheda finita e un PCB con finitura a scheda nuda può aiutarti a identificare la finitura su un PCB.

Costo

Nella tecnologia ENIG, lo strato d'oro più sottile rende la finitura superficiale più economica, quindi è più comune in molti PCB standard. Tuttavia, l'oro duro richiede un'applicazione di oro più consistente, il che ne aumenta il costo. Per questo motivo, l'oro duro è spesso destinato ad applicazioni speciali, soggette a usura molto elevata, dove il costo è giustificato dalla maggiore durata.

Durezza

Quando si confrontano la placcatura in oro duro e quella in oro morbido , la durezza è il fattore determinante. Un vantaggio della placcatura ENIG è che lo strato d'oro, relativamente morbido e molto flessibile , è adatto per le normali operazioni di saldatura e per l'utilizzo su circuiti stampati standard. L'oro duro è molto più duro del metallo, il che si traduce in maggiore resistenza e robustezza nelle aree soggette a forte usura, come i connettori. La durezza rende l'oro duro ideale per le applicazioni in cui il contatto o la manipolazione sono ripetuti.

Resistenza alla Corrosione

ENIG ha una grande resistenza alla corrosione, il che lo rende adatto all'uso a lungo termine in condizioni moderate. Impedisce ai componenti PCB di essere distrutti dall'usura graduale, proteggendoli nel tempo. Tuttavia, mentre l'oro duro è troppo duro per essere piegato, ENIG è meno resistente alla corrosione ma molto più durevole e utilizzabile.

Spessore

La placcatura in oro duro è molto più spessa dello strato d'oro in ENIG, che è nell'ordine di 1-3 micropollici. L'oro duro può essere spesso diverse decine di micropollici e quindi fornire la resistenza necessaria su aree ad alta usura. Pertanto il grande vantaggio dell'oro duro nelle applicazioni con contatto meccanico è proprio questa differenza di spessore.

Applicazioni

Essendo estremamente duro e relativamente resistente, l'oro duro si trova spesso su connettori, contatti dorati o altre aree soggette a frequenti contatti meccanici. Tuttavia, la finitura ENIG è più efficace nelle aree in cui è necessario saldare con precisione, in modo liscio e uniforme, componenti con meno terminali e BGA (Ball Grid Array) . Ogni finitura ha la sua specifica applicazione, quindi conoscerne gli usi può aiutare a scegliere quella più adatta al proprio PCB.

Placcatura in oro duro: vantaggi e svantaggi

Entreremo poi più nel dettaglio sui vantaggi e gli svantaggi di come la placcatura in oro duro sia straordinaria per durata, elevata levigatezza superficiale e lunga durata di vita utile. Tuttavia, affronta anche sfide come la saldatura complessa, l'incollaggio inadeguato per applicazioni sensibili e costi più elevati rispetto ad altri processi di placcatura.

Vantaggi

• Granulometria piccola: La struttura granulare dell'oro duro è molto fine, tipicamente 20-30 nanometri. Di conseguenza, ha una superficie molto liscia e visivamente lucente.
• Durabilità e durezza: Può sopportare elevate forze di contatto e usura grazie a una durezza di 130-200 HK25.
• Durata della vita lunga: La placcatura in oro duro può essere sottoposta a numerosi cicli di utilizzo perché è ideale per le aree soggette a forte attrito o scorrimento.

Svantaggi

• Difficile da saldare: La saldatura dell'oro duro è più difficile rispetto all'ENIG a causa dei metalli che lo compongono: nichel, cobalto e ferro.
• Non applicabile alle applicazioni sensibili: Questo tipo di placcatura non è molto adatto per metodi come ultrasonico or termostatico legame.
• Costo maggiore: La placcatura in oro duro richiede molto materiale e una quantità maggiore, per cui è quella che costa di più tra le finiture.

Placcatura ENIG: vantaggi e svantaggi

Vediamo i pro e i contro della placcatura ENIG, che è facile da saldare, buona per le applicazioni di giunzione e migliore resistenza alla corrosione. Ma rivela anche la sua minore durata, la sua minore qualità di resistenza all'usura e la sua suscettibilità ai graffi a causa della sua morbidezza.

Vantaggi

• Più morbido e più facile da saldare: L'oro duro è più duro e meno incline alla saldatura e ai legami rispetto alla placcatura ENIG.
• Meglio per unire le applicazioni: La placcatura ENIG è la più morbida e pura tra le finiture e di conseguenza è ideale per metodi di giunzione delicati come la saldatura a ultrasuoni o termostatica.
• Resistenza alla corrosione: Nel tempo, la placcatura ENIG garantisce una migliore resistenza alla corrosione e quindi una maggiore affidabilità in ambienti difficili.

Svantaggi

• Durabilità inferiore: L'oro duro è più durevole della placcatura ENIG, che ha una durezza compresa tra 20 e 100 HK25.
• Resistenza all'usura limitata: La placcatura ENIG può sopportare solo forze di contatto fino a 35 grammi e, se soggetta a forte usura, non durerà a lungo.
• Più suscettibili ai graffi: La placcatura ENIG è più morbida dell'oro duro, per cui è più soggetta a graffi e danni.

Come scegliere il giusto approccio di placcatura

La scelta della placcatura utilizzata per il tuo PCB è importante. Il modo in cui la scheda viene montata è quindi determinato da questo. A seconda delle diverse applicazioni, sono richieste diverse proprietà come resistenza all'usura, saldabilità e resistenza alla corrosione. Una finitura giusta farà durare il tuo PCB e farà come dovrebbe.

Assorbimento della forza di contatto e resistenza all'usura

Se si verificano elevate forze di contatto, la placcatura in oro duro è una scelta migliore. È progettata per l'usura da movimento ripetuto. L'oro duro è utilizzato dove è più probabile che le parti siano soggette a stress meccanico. È utilizzato in parti più piccole. Quindi, queste parti dovrebbero essere in grado di sopportare carichi più elevati per periodi di tempo più lunghi. Per questo motivo, è un'alternativa migliore alle finiture più morbide come ENIG.

Adesione / Saldabilità

Grazie al suo strato di oro morbido e puro, la placcatura ENIG è molto più facile da saldare rispetto all'oro duro. Per connessioni sensibili, come la saldatura a filo, è perfetta. La qualità ENIG la rende lo strato migliore da utilizzare su componenti delicati. La saldatura con oro duro, specialmente sul lato dei metalli non preziosi, può essere difficile.

Forma

La placcatura può avere una finitura lucida e brillante che si adatta bene alle applicazioni in cui l'aspetto conta. Ciò conferisce ai componenti un aspetto raffinato ed elegante. ENIG fornisce funzionalità, ma in un modo altrettanto poco attraente. Se l'aspetto conta, Hard Gold è solitamente la scelta più saggia.

Bonding

Le applicazioni di bonding sensibili come il bonding ultrasonico o termosonico si abbinano bene alla placcatura ENIG. Un legame sicuro e affidabile è il risultato del suo strato di oro morbido. Poiché la durezza dell'oro duro può causare difficoltà con una lavorazione così delicata, non lo raccomanderemo come scelta. ENIG è la scelta migliore per un bonding complesso.

Resistenza alla Corrosione

La placcatura in oro duro si corrode, mentre la placcatura ENIG offre una resistenza alla corrosione superiore. La sua elevata purezza previene l'ossidazione e prolunga la durata dei componenti. I metalli aggiunti alla placcatura in oro duro possono accelerarne la corrosione . La placcatura ENIG è l'opzione migliore se si necessita di una resistenza alla corrosione a lungo termine.

Domande frequenti su oro duro vs ENIG

• ENIG è oro duro?

No, ENIG non è oro duro. Spesso viene chiamato oro morbido. Lo strato d'oro è sottile e liscio. ENIG è facile da saldare in questo modo. Offre un elevato livello di affidabilità per la giunzione di saldatura. Per la maggior parte dei componenti elettronici, ENIG è migliore dell'oro duro. Lo strato d'oro morbido rende più facile la saldabilità. È adatto a molte applicazioni di saldatura.

• Quanto è spesso il PCB in oro duro?

Lo strato di oro duro su un PCB varia in spessore . Naturalmente, la sua classificazione va da 3 a 50 micron (μin). Lo spessore standard è di 32 μin. Per i prototipi si sceglie solitamente uno strato d'oro più sottile . Questo riduce i costi e soddisfa solo una serie di requisiti di base. Per i connettori di bordo è necessario uno strato d'oro leggermente più spesso. Inoltre, queste aree, soggette a frequenti inserimenti e disinserimenti, sono ovviamente più resistenti. In alcune applicazioni speciali, la placcatura in oro può raggiungere i 150 μin. Se eseguita correttamente, viene utilizzata solo per esigenze specifiche. Lo spessore varia a seconda dell'utilizzo previsto del PCB.

• Quanto è spesso l'oro nella finitura ENIG?

In una finitura ENIG, lo strato d'oro è in genere compreso tra 0.05 e 0.23 µm. Di solito lo strato di nichel sottostante è spesso da 2.5 a 5.0 µm. Una reazione chimica forma questo strato d'oro, spostando l'oro verso gli atomi di nichel prima di combinarsi per creare lo strato d'oro. L'oro scorre attraverso il PCB creando uno strato d'oro sottile e uniforme. Lo spessore dell'oro è un fattore determinante per la saldabilità. Può causare uno strato troppo poroso se è troppo sottile. Inoltre, se è troppo spesso, influisce sulla resistenza dello strato di nichel. Lo spessore finale dell'oro dipende anche dalla temperatura di processo.

Conclusione

In questo articolo del blog di PCBTok , abbiamo confrontato la placcatura in oro duro (Hard Gold) con la placcatura ENIG per la produzione di circuiti stampati (PCB). Abbiamo analizzato le differenze di processo, le prestazioni di saldatura, la resistenza all'usura e alla corrosione. La placcatura ENIG è la migliore per la saldabilità, mentre l'oro duro è più indicata per le aree soggette a forte usura. L'articolo includeva anche consigli su come scegliere la placcatura più adatta alla propria specifica applicazione.