Cuivre & Finition
La couche de cuivre d'un circuit imprimé (PCB) fait référence aux fines feuilles de cuivre laminées sur les couches de base (substrat) du PCB. Ces couches servent à conduire le courant électrique à travers le circuit, reliant divers composants entre eux.
Nombre de couches
Le nombre de couches dépend des exigences de conception, un PCB standard ayant soit une (simple face) soit deux couches (double face), tandis que les PCBs multicouches comportent des couches internes supplémentaires en plus des deux couches extérieures. Les différentes couches sont généralement isolées par un diélectrique, soit une couche de base (substrat) soit une couche de fibre pré-imprégnée ("pré-preg").
Épaisseur du cuivre
L'épaisseur de la couche de cuivre sur un PCB est spécifiée en micromètres (µm) mais peut également être mesurée en poids en onces par pied carré (oz/ft²). Une couche de cuivre typique a souvent une épaisseur de 35 µm (1 oz/ft²), mais en fonction des exigences d'application, l'épaisseur peut varier. Une plus grande épaisseur de cuivre peut transporter plus de courant mais est également plus coûteuse et peut compliquer le processus de fabrication.
Fabrication
Pour créer les traces et structures souhaitées sur un PCB, un processus de gravure est appliqué au cuivre à plat. Un matériau protecteur est appliqué sur les zones de la couche de cuivre à conserver. Les zones non protégées sont ensuite chimiquement retirées ou gravées, ne laissant que les structures de cuivre désirées.
Traitement de surface (Finition)
La finition d'un circuit imprimé se réfère au traitement de surface de la surface de cuivre après le processus de fabrication du circuit imprimé. La finition a plusieurs fonctions importantes et impacts sur la performance et la fiabilité du circuit. Voici quelques types courants de finitions de circuits imprimés :
HSL SnPb (Nivellement à l'air chaud et étain-plomb)
HSL SnPb est un procédé de finition traditionnel où le PCB est plongé dans de l'étain-plomb fondu. De l'air chaud est utilisé pour enlever l'excédent de matériau, créant une surface lisse et soudable.
Avantages/Inconvénients
Méthode éprouvée avec une fiabilité connue. (+)
Bon pour les applications traversées par trou (PTH). (+)
Économique. (+)
Contient du plomb nocif pour l'environnement et la santé. (-)
Possibilité de surfaces inégales. (-)
Stockage limité (peste de l'étain). (-)
HASL sans plomb (Nivellement à l'air chaud sans plomb)
HASL sans plomb est similaire à HSL mais utilise des alliages sans plomb. Il offre une alternative respectueuse de l'environnement tout en garantissant une surface soudable.
Avantages/Inconvénients
Respectueux de l'environnement. (+)
Surface uniforme. (+)
Relativement économique. (+)
Températures de traitement plus élevées. (-)
Possibilité de surfaces inégales. (-)
Limitations de stockage. (-)
Étain chimique
Dans le processus d'étain chimique, le PCB est plongé dans une solution spéciale qui crée une couche d'étain pur sur la surface. Il protège le cuivre de l'oxydation et le prépare pour le soudage.
Avantages/Inconvénients
Surface uniforme. (+)
Sans plomb et respectueux de l'environnement. (+)
Bon pour les composants à faible espacement. (+)
Formation de moustaches. (-)
Durée de conservation limitée. (-)
Coûts plus élevés que d'autres méthodes. (-)
Nickel chimique
Le processus de nickel chimique consiste à plonger le PCB dans une solution de nickel, créant un revêtement de nickel mince. Cela sert de couche barrière et améliore la soudabilité.
Avantages/Inconvénients
Résistant à la corrosion. (+)
Bonne couche barrière. (+)
Soudabilité améliorée. (+)
Souvent non utilisé comme seule surface. (-)
Coûts plus élevés. (-)
Problèmes de compatibilité avec certains processus de soudage. (-)
Argent chimique (Imersion argent)
Dans le processus de l'argent chimique, le PCB est plongé dans une solution d'argent, laissant une fine couche d'argent. L'argent protège le cuivre de l'oxydation et améliore la soudabilité.
Avantages/Inconvénients
Bonne soudabilité. (+)
Surface uniforme. (+)
Durée de stockage plus longue. (+)
Sensible au soufre. (-)
Coûts plus élevés que d'autres méthodes. (-)
Revalorisation limitée. (-)
ENIG (Nickel électroless et immersion d’or)
ENIG applique d'abord une barrière de nickel suivie d'une fine couche d'or. Cela offre une protection, une excellente soudabilité et une surface esthétiquement agréable.
Avantages/Inconvénients
Durée de stockage longue. (+)
Surface plane. (+)
Approprié pour composants à faible espacement. (+)
Coûts plus élevés. (-)
Risque de phénomène de "Black Pad". (-)
Pas idéal pour les composants plus épais. (-)
ENEPIG (Nickel électroless, palladium électroless, immersion d’or)
ENEPIG forme une triple couche de nickel, palladium et or. Cette combinaison offre une surface robuste, offrant des capacités de soudage et de liaison de fils polyvalentes.
Avantages/Inconvénients
Aucun risque de "Black Pad". (+)
Excellente capacité de liaison de fils. (+)
Soudabilité polyvalente. (+)
Coûts plus élevés que ENIG. (-)
Processus complexe. (-)
Le contrôle de l'épaississement peut être difficile. (-)
Or dur
L'or dur est appliqué par électrolyse, créant une épaisse couche d'or sur le PCB. C'est particulièrement résistant à l'usure et approprié pour les connecteurs ou les boutons.
Avantages/Inconvénients
Résistant à l'usure. (+)
Très bonne conductivité. (+)
Esthétiquement plaisant. (+)
Coûts très élevés. (-)
Non adapté aux zones de soudure. (-)
Applications limitées. (-)
OSP (Préservation de la soudabilité organique)
L'OSP est un composé organique appliqué directement sur le cuivre. Il protège le cuivre de l'oxydation et le prépare pour le soudage sans utiliser de métaux.
Avantages/Inconvénients
Respectueux de l'environnement. (+)
Économique. (+)
Surface plane. (+)
Revalorisation limitée. (-)
Sensible à la manipulation. (-)
Durée de stockage limitée. (-)
HT_OSP (Préservation de la soudabilité organique haute température)
HT_OSP est une version améliorée de l'OSP, optimisée pour les températures élevées. Il offre des performances améliorées dans les processus de soudage à haute température.
Avantages/Inconvénients
Résistant aux hautes températures. (+)
Économique. (+)
Surface plane. (+)
Revalorisation limitée. (-)
Reste sensible à la manipulation. (-)
Durée de stockage limitée. (-)
Aucune finition
Un PCB sans finition signifie que le cuivre des traces reste non protégé et peut facilement s'oxyder. Cette condition peut affecter la soudabilité et la performance du PCB.