Nos conseils pour choisir le meilleur traitement de surface pour un PCB

Les circuits imprimés sont la base des appareils électroniques modernes. Ils créent les connexions nécessaires et fournissent le support nécessaire pour que les composants électroniques puissent interagir comme il se doit. Compte tenu de la miniaturisation, de la complexification et des performances toujours plus élevées des appareils électroniques, le traitement de surface appliqué sur un circuit imprimé peut faire toute la différence. En effet, la qualité de la surface peut influencer non seulement l’aptitude au soudage des composants, mais aussi la fiabilité, la durabilité et les performances globales de l’appareil.

Cet article analyse en détail les éléments qui peuvent influencer le choix d’un traitement de surface pour un circuit imprimé. Il présente les différents types de revêtement disponibles, leurs points forts et leurs faiblesses, et offre des recommandations pour effectuer des choix éclairés.

Pourquoi appliquer un traitement de surface sur un circuit imprimé ?

Le traitement de surface que l’on applique sur un circuit imprimé remplit plusieurs fonctions essentielles :

• Assurer une bonne aptitude au soudage. L’une des principales fonctions d’un traitement de surface est d’améliorer l’aptitude au soudage. En effet, lors des opérations d’assemblage, ce revêtement permet de bien fixer les composants électroniques. Sans un état de surface adéquat, des problèmes peuvent survenir au moment de la soudure, entraînant des défauts comme des ponts de soudure ou de mauvais contacts.
• Éviter les problèmes d’oxydation. Le cuivre, qui est le conducteur le plus couramment utilisé dans les circuits imprimés, peut s’oxyder en présence d’oxygène. Un revêtement adéquat évite ce problème en formant une couche protectrice sur les pistes de cuivre. L’oxydation peut causer des mauvais contacts et diminuer la qualité du signal.
• Améliorer la fiabilité. La texture de la surface a aussi une incidence directe sur la fiabilité du circuit imprimé. Elle peut affecter les soudures, qui sont essentielles pour résister aux contraintes mécaniques, aux variations de température et aux conditions ambiantes. Pour garantir la durabilité du circuit imprimé, il est donc nécessaire d’appliquer un traitement de surface robuste.
• Faciliter le microcâblage. Il arrive parfois que l’on doive brancher des dispositifs semi-conducteurs au circuit imprimé par microcâblage. La qualité et la fiabilité de ces branchements peuvent être affectées par le traitement de surface.

L’image 1 montre un instrument utilisé pour appliquer un traitement de surface sur un circuit imprimé.

Image 1 : instrument utilisé pour appliquer un traitement de surface sur un circuit imprimé.

Différents types de traitement de surface pour circuit imprimé

Le traitement de surface est une interface fondamentale entre les composants électroniques et le substrat du circuit imprimé. Il fiabilise les soudures, évite l’oxydation des pistes de cuivre et influe sur les performances électriques. Le type de revêtement choisi influe sur l’efficacité de l’assemblage, la qualité des soudures et la durabilité à long terme.

Voici les types de traitement de surface les plus courants :

• Conservateurs organiques d’aptitude au soudage (OSP) : couche mince organique qui protège le cuivre et permet une soudure directe.
• Nickel-or chimique (ENIG) : revêtement composé d’une sous-couche de nickel et d’une couche d’or (image 2), qui offre une excellente aptitude au soudage et résiste très bien à la corrosion.
• Étain chimique (ImSn) : revêtement sans plomb et économique assurant une bonne aptitude au soudage, mais devant être manipulé avec précaution pour éviter la formation de dendrites d’étain.
• Nickel-or électrodéposé (Ni/Au) : revêtement robuste très résistant à la corrosion et très pratique pour le microcâblage.
• Nivelage de brasure à l’air chaud (HASL) : traitement classique comprenant une couche de soudure déposée sur le cuivre à découvert (image 3), adapté aux circuits imprimés simples.
• Étain électrodéposé : solution sans plomb pour remplacer l’HASL, avec une meilleure planéité.
• Protecteur de surface organique (OSP) : revêtement écologique assurant une bonne aptitude au soudage et une protection contre l’oxydation.
• Argent chimique (ImAg) : revêtement assurant une conductivité et une aptitude au soudage de qualité (image 4), mais sensible aux conditions de stockage et pouvant former du sulfure d’argent.
• Nickel-palladium-or chimique (ENEPIG) : revêtement complexe, mais très fiable ; adapté aux applications avancées.

Image 2 : circuit imprimé avec traitement de surface par procédé ENIG

Image 3 : circuit imprimé avec traitement de surface par procédé HASL

Image 4 : circuit imprimé avec traitement de surface par procédé ImAg

Conseils pour choisir un traitement de surface sur un circuit imprimé

Le traitement de surface à appliquer sur un circuit imprimé doit être choisi avec le plus grand soin. Plusieurs éléments entrent en jeu : l’application future du circuit, la méthode de soudure (plomb ou sans plomb), les conditions ambiantes, les exigences en matière d’intégrité du signal, les contraintes budgétaires et la conformité aux réglementations.

Voici les principaux facteurs qui déterminent le choix du traitement de surface :

• L’application du circuit imprimé. L’utilisation prévue de l’appareil électronique et ses caractéristiques essentielles sont d’une importance primordiale. La solution retenue sera différente s’il est question d’un produit de grande consommation, d’un système automobile, d’un dispositif de haute fiabilité pour l’aviation ou d’un appareil médical. Chaque application a des exigences spécifiques en matière de durabilité, de comportement thermique et de résistance aux conditions ambiantes.
• Type de soudure : avec ou sans plomb. Les normes réglementaires, comme la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances), ont poussé à l’utilisation de soudures sans plomb. Il est impératif de vérifier la compatibilité de traitement de surface choisi avec la méthode de soudure employée, que ce soit avec ou sans plomb. Il faut également s’assurer que le revêtement respecte les réglementations en vigueur (RoHS, REACH, etc.) concernant l’utilisation de certaines substances réglementées.
• Durée de conservation et exigences en matière de stockage. Il faut tenir compte de la durée de conservation des circuits imprimés et des conditions de stockage, car certains traitements de surface, plus sensibles aux conditions de stockage, peuvent s’abîmer au fil du temps, ce qui peut avoir des conséquences sur leur aptitude au soudage.
• Facteurs environnementaux. Pour trouver le traitement de surface adapté à un circuit imprimé, il faut tenir compte des différents facteurs environnementaux. Par exemple, le matériel risque-t-il d’être exposé à l’humidité, aux produits chimiques ou encore à de fortes températures ? Il est indispensable de se tourner vers un revêtement capable de résister à toutes les conditions ambiantes envisagées.
• Fiabilité des soudures. Il est indispensable de déterminer le niveau de fiabilité nécessaire pour les soudures, En particulier pour les dispositifs exposés à des conditions météorologiques extrêmes. En effet, certains traitements de surface sont plus résistants aux variations de température et aux contraintes mécaniques.
• Intégrité du signal et ajustement des impédances. Le traitement de surface peut avoir une incidence sur l’intégrité du signal et l’ajustement des impédances, notamment dans les dispositifs à haute fréquence ou à grande vitesse. C’est pourquoi il est préférable de choisir un revêtement qui respecte les critères fixés par les performances électriques du circuit en question.
• Compatibilité avec le procédé d’assemblage. Il existe une multitude de procédés d’assemblage, notamment le soudage par refusion, le brasage à la vague et le microcâblage. Chaque traitement de surface réagit différemment à ces procédés. Il est donc nécessaire de vérifier sa compatibilité avec le procédé d’assemblage prévu pour la fabrication du produit.
• Coût et contraintes budgétaires. Le coût d’un traitement de surface inclut le prix du matériau, son application et l’assemblage associé. C’est pourquoi il est indispensable de trouver le bon compromis entre le coût, les performances et la fiabilité du dispositif.

Comparatif des différents traitements de surface

Chaque type de traitement de surface a ses points forts et ses faiblesses, et convient à des utilisations bien précises. Il faut le choisir avec le plus grand soin, car les circuits imprimés ont souvent des besoins très spécifiques.

Il est important de bien connaître toutes les options possibles, ainsi que leurs points forts et leurs limites. Voici donc un petit comparatif des différentes solutions couramment utilisées en électronique.

Conclusion

Le choix du traitement de surface à appliquer sur un circuit imprimé est une étape très importante dans la conception de ce dernier. Qu’il s’agisse de l’utilisation prévue, de la compatibilité avec le procédé de soudure, de la fiabilité, de la résistance aux conditions ambiantes, de l’intégrité du signal, du coût ou de la conformité aux réglementations, tous ces éléments jouent un rôle essentiel dans les performances et la fiabilité des appareils électroniques. N’oubliez pas que chaque projet est unique. Prenez le temps d’évaluer vos besoins spécifiques pour faire le meilleur choix possible.

Compte tenu de l’évolution rapide du secteur de l’électronique, il est aussi très important de rester à jour sur les nouvelles technologies et les nouveaux matériaux pour les traitements de surface. Revoyez régulièrement les solutions que vous employez en la matière afin de vous assurer qu’elles demeurent en phase avec les dernières innovations et qu’elles respectent les normes du secteur. Un choix bien réfléchi en matière de traitement de surface constituera toujours un atout majeur pour garantir la réussite et la durabilité de vos produits électroniques.

07-11.2023