El acabado superficial es una de las especificaciones que puede influir notablemente en el coste de fabricación de las placas de circuito impreso.
Dos placas de circuito impreso con el mismo tamaño, el mismo número de capas y el mismo gramaje de cobre pueden tener precios diferentes si presentan acabados superficiales distintos.
La razón es muy sencilla: cada acabado requiere un proceso de fabricación diferente y ofrece características distintas en cuanto a soldadura, almacenamiento, montaje de paso fino, superficie de contacto y protección contra la corrosión.
Entre los acabados superficiales más habituales de las placas de circuito impreso se incluyen:
- HASL
- HASL sin plomo
- ENIG
- OSP
- Inmersión Plata
- Lata de inmersión
- Oro duro
- Chapado selectivo en oro
En el caso de los diseños de placas de circuito impreso en los que el coste es un factor determinante, la cuestión importante no es simplemente qué acabado es el más barato.
La pregunta más útil es:
¿Qué acabado superficial ofrece las prestaciones eléctricas, mecánicas, de soldadura y de almacenamiento necesarias a un coste de fabricación adecuado?
Índice
¿Qué es el acabado superficial de una placa de circuito impreso?
El acabado superficial de los PCB es la capa protectora final que se aplica a las zonas de cobre expuestas.
Sin un acabado superficial adecuado, el cobre expuesto puede oxidarse y su soldabilidad puede verse afectada durante el almacenamiento y el montaje.
El acabado de la superficie protege el cobre expuesto y proporciona una superficie adecuada para la soldadura de componentes o, en algunas aplicaciones, para el contacto eléctrico.
La elección depende de factores como:
- Proceso de montaje
- Paquete de componentes
- Geometría de la almohadilla
- Plazo de conservación
- Condiciones ambientales
- Requisitos de contacto
- Requisitos de fiabilidad
- Objetivo de costes
Por lo tanto, el acabado superficial debe considerarse parte de las especificaciones generales de fabricación de los PCB, y no una opción de compra independiente.
¿Por qué influye el acabado superficial en el coste de las placas de circuito impreso?
Los distintos acabados requieren productos químicos, equipos, fases del proceso, controles de calidad y tiempos de producción diferentes.
El coste puede verse influido por:
- Materiales químicos
- Plazo de tramitación
- Preparación de la superficie
- Requisitos de espesor
- Control de procesos
- Requisitos de inspección
- Rendimiento
- Área de la junta directiva
- Volumen de producción
Un acabado sencillo puede tener un coste de procesamiento relativamente bajo, mientras que un acabado más complejo puede requerir controles de proceso adicionales.
Sin embargo, la diferencia de precio entre los distintos acabados también depende de la propia placa de circuito impreso.
Por ejemplo, un pequeño prototipo con una cantidad limitada puede presentar una relación de costes diferente a la de un pedido de producción a gran escala.
Esta es una de las razones por las que la comparación de acabados superficiales siempre debe realizarse utilizando las especificaciones completas de la placa de circuito impreso.
El HASL y sus características en materia de costes
HASL son las siglas de «Hot Air Solder Leveling» (nivelación de soldadura con aire caliente).
Durante el proceso, la placa de circuito impreso se recubre de soldadura y, a continuación, se somete a un chorro de aire caliente para eliminar el exceso de soldadura de las superficies de cobre expuestas.
El método HASL se ha utilizado ampliamente porque es relativamente sencillo y económico.
Ventajas de HASL
HASL puede ofrecer:
- Coste de fabricación relativamente bajo
- Buena soldabilidad
- Proceso de producción consolidado
- Buena disponibilidad
- Rendimiento práctico para numerosos diseños de placas de circuito impreso convencionales
En el caso de placas en las que el coste es un factor importante, con almohadillas relativamente grandes y paquetes de componentes estándar, el HASL puede ser una opción práctica.
Limitaciones de HASL
Este proceso puede dar lugar a una superficie menos uniforme en comparación con otros acabados.
Esto puede cobrar mayor importancia cuando la placa de circuito impreso contiene:
- Componentes de paso fino
- Almohadillas pequeñas
- Diseños SMT de alta densidad
- Capas BGA
- Espacio reducido entre almohadillas
En el caso de estos diseños, los requisitos de planitud de la superficie pueden llevar a los ingenieros a optar por otro tipo de acabado.
Coste del HASL sin plomo
El HASL sin plomo utiliza materiales de soldadura sin plomo y es habitual cuando la placa de circuito impreso debe cumplir requisitos de restricción del plomo.
Su coste puede variar con respecto al proceso HASL convencional, ya que el material de soldadura y las condiciones del proceso son diferentes.
El HASL sin plomo puede ser adecuado cuando:
- Es obligatorio cumplir con la normativa RoHS
- Se utiliza un montaje SMT estándar
- El diseño no requiere una superficie extremadamente plana
- El coste sigue siendo un factor importante a tener en cuenta
Sin embargo, la elección debe realizarse teniendo en cuenta el proceso de montaje.
Un acabado de placa de circuito impreso (PCB) de bajo coste que plantee dificultades durante el montaje SMT puede aumentar el coste total del producto.
ENIG y por qué suele ser más caro
ENIG son las siglas de «níquel químico y oro por inmersión».
Se utiliza una capa de níquel seguida de una fina capa de oro por inmersión.
El ENIG se utiliza ampliamente en placas que requieren una superficie relativamente plana, entre las que se incluyen muchos diseños de placas de circuito impreso de paso fino y alta densidad.
Ventajas del ENIG
ENIG puede ofrecer:
- Superficies de las almohadillas relativamente planas
- Buena soldabilidad
- Buena protección de la superficie
- Rendimiento adecuado para componentes de paso fino
- Buenas características de conservación
- Compatibilidad con numerosas aplicaciones de montaje superficial (SMT)
La superficie plana resulta especialmente útil para aplicaciones en las que se utilizan paquetes de paso fino y diseños de almohadillas densos.
¿Por qué el ENIG es más caro?
El proceso ENIG requiere varias etapas de tratamiento químico y una deposición controlada de níquel y oro.
El coste de fabricación depende de:
- Procesamiento del níquel
- El tratamiento del oro
- Consumo de productos químicos
- Control de procesos
- Requisitos de espesor
- Inspección
El oro en sí mismo no es la única razón del aumento del coste.
El proceso químico en su conjunto contribuye a esa diferencia.
Por lo tanto, se debería optar por el ENIG porque sus características técnicas son necesarias, y no simplemente porque el oro suene a algo más lujoso.
Coste del OSP y del PCB
OSP son las siglas de «Organic Solderability Preservative» (conservante orgánico de soldabilidad).
En lugar de aplicar una capa superficial metálica, el OSP forma un recubrimiento orgánico protector sobre el cobre expuesto.
El OSP puede ofrecer una solución de acabado superficial relativamente económica para determinadas aplicaciones de placas de circuito impreso.
Ventajas del OSP
OSP puede ofrecer:
- Coste relativamente bajo
- Superficies planas de cobre
- Buena compatibilidad con SMT
- Sin capa de metal precioso
- Rendimiento adecuado para numerosas aplicaciones de montaje
Su superficie plana puede resultar útil para componentes SMT de paso fino.
Limitaciones del OSP
El OSP no ofrece el mismo tipo de superficie metálica expuesta a largo plazo que el ENIG.
El recubrimiento también puede verse afectado por la manipulación y los tratamientos térmicos repetidos.
Por lo tanto, el OSP debe evaluarse en función del proceso de montaje real y del ciclo de vida previsto del producto.
Coste de la plata por inmersión
La inmersión en plata deposita una fina capa de plata sobre el cobre expuesto.
Puede ofrecer una superficie relativamente plana y una buena soldabilidad.
Entre las aplicaciones se pueden incluir:
- SMT de paso fino
- Diseños de alta frecuencia
- Montaje sin plomo
- Aplicaciones en las que es importante que la superficie de la almohadilla sea plana
Su coste suele diferir tanto del HASL como del ENIG, y el presupuesto final depende del tamaño de la placa, la cantidad, los requisitos del proceso y la capacidad del proveedor.
En el caso de los diseños en los que se utilice plata por inmersión, también deben tenerse en cuenta las condiciones de almacenamiento y manipulación durante la fase de planificación de la fabricación.
Coste del estaño por inmersión
El estañado por inmersión proporciona una fina capa a base de estaño sobre el cobre expuesto.
Su superficie plana lo hace adecuado para determinadas aplicaciones de montaje superficial (SMT).
Sin embargo, este acabado presenta algunas consideraciones específicas en cuanto al almacenamiento y la manipulación que deben tenerse en cuenta durante las fases de diseño y fabricación.
El coste puede resultar atractivo para algunas aplicaciones, pero el precio más bajo del acabado superficial no implica necesariamente que el coste total de fabricación sea el más bajo.
El oro duro es diferente del ENIG
El recubrimiento de oro duro y el ENIG no deben considerarse el mismo acabado superficial.
El ENIG tiene como objetivo principal proporcionar una superficie apta para la soldadura.
El oro duro se utiliza habitualmente cuando la superficie expuesta debe soportar un contacto mecánico repetido.
Entre las aplicaciones típicas se incluyen:
- Contactos de borde
- Dedos de oro
- Interruptores de llave
- Interfaces de inserción repetidas
- Superficies de contacto eléctrico
Dado que el oro duro requiere una estructura y un proceso de recubrimiento diferentes, su coste puede variar considerablemente con respecto al de los acabados soldables habituales.
En las aplicaciones de contacto, el espesor del oro y la superficie de recubrimiento también se convierten en variables importantes que influyen en el coste.
Por qué es importante el grosor del oro
No todas las especificaciones del oro son equivalentes.
Una cotización puede especificar una superficie de oro, pero dejar sin aclarar detalles importantes.
Antes de comparar precios, comprueba lo siguiente:
- Tipo «Gold»
- Espesor del oro
- Espesor del níquel
- Área de galvanoplastia
- Tanto si el oro se va a utilizar para soldar como para hacer contactos
- Aplicación selectiva o en toda la superficie
En el caso de los «dedos de oro», por ejemplo, el grosor y la superficie de recubrimiento requeridos pueden influir notablemente en el coste.
A simple statement such as “gold PCB” is therefore not sufficient for an accurate cost comparison.
Acabado superficial y componentes de paso fino
La elección del acabado superficial cobra mayor importancia a medida que disminuye el paso entre componentes.
Las almohadillas convencionales de gran tamaño pueden tolerar mayores variaciones en la superficie que las almohadillas SMT muy pequeñas.
Las aplicaciones de paso fino pueden requerir una superficie más plana para garantizar una deposición uniforme de la pasta de soldadura y una colocación precisa de los componentes.
Esta es una de las razones por las que se puede considerar el uso de ENIG u OSP en determinadas placas de alta densidad.
Sin embargo, la decisión debería basarse en el proceso de montaje completo y no únicamente en el paso entre componentes.
Entre los factores se incluyen:
- Tamaño de la almohadilla
- Paquete de componentes
- Diseño de plantilla
- Pasta de soldadura
- Perfil de reflujo
- Rendimiento de montaje
- Requisitos de inspección
Acabado superficial y encapsulados BGA
Los componentes BGA plantean exigencias especiales en cuanto a la calidad de las almohadillas de las placas de circuito impreso, ya que muchas uniones de soldadura se encuentran debajo del encapsulado.
Por lo tanto, la planitud de la superficie y la soldabilidad pueden cobrar importancia.
En el caso de una placa BGA, cambiar a un acabado superficial más económico sin revisar el proceso de montaje puede suponer un riesgo adicional para la fabricación.
Por lo tanto, el presupuesto de la placa de circuito impreso (PCB) debe evaluarse junto con el proceso de montaje de placas de circuito impreso (PCBA).
Si la placa se encuentra todavía en fase de prototipo, conviene especificar el acabado superficial antes de solicitar presupuestos, en lugar de permitir que cada proveedor ofrezca un acabado diferente.
Acabado superficial y coste del prototipo de placa de circuito impreso
El acabado superficial puede suponer una parte más significativa del precio del prototipo cuando el volumen del pedido es reducido.
Por ejemplo, la diferencia entre dos acabados puede tener un impacto menor en la rentabilidad por unidad en un pedido de producción a gran escala que en un pedido pequeño de prototipos.
El coste del prototipo también incluye factores relacionados con la ingeniería y la puesta a punto.
Para un análisis más detallado sobre la fijación de precios de los prototipos, véase ¿Cuánto cuesta la creación de prototipos de placas de circuito impreso?.
Al evaluar un presupuesto de prototipo, asegúrate de que el acabado superficial sea idéntico en todos los presupuestos.
De lo contrario, es posible que la diferencia aparente en el precio no refleje una diferencia real en los costes de fabricación.
Acabado superficial y comparación de presupuestos de placas de circuito impreso
El acabado superficial es una de las especificaciones que deben comprobarse al comparar presupuestos de placas de circuito impreso.
Por ejemplo:
| Especificación | Cita A | Cita B |
|---|---|---|
| Tamaño de la tabla | Lo mismo | Lo mismo |
| Número de capas | Lo mismo | Lo mismo |
| Peso del cobre | Lo mismo | Lo mismo |
| Grosor del tablero | Lo mismo | Lo mismo |
| Acabado superficial | HASL | ENIG |
| Cantidad | Lo mismo | Lo mismo |
| Pruebas | Lo mismo | Lo mismo |
Si el presupuesto B es más caro, eso no implica necesariamente que el precio general de fabricación sea más elevado.
El acabado de la superficie en sí es diferente.
Por lo tanto, la comparación correcta se basa en especificaciones equivalentes.
Este principio también es importante a la hora de analizar los factores más generales que se tratan en ¿Por qué varían tanto los presupuestos de las placas de circuito impreso?.
Coste del acabado superficial según la aplicación
Las distintas aplicaciones pueden tener prioridades diferentes.
Cuadros de control generales
En el caso de las placas de control convencionales con componentes SMT estándar o de montaje superficial, puede ser suficiente un acabado soldable y económico.
Placas SMT de alta densidad
En los diseños SMT de alta densidad, la planitud de la superficie puede cobrar mayor importancia.
Se puede optar por ENIG u OSP en función de los requisitos de montaje.
Placas BGA
Los ensamblajes BGA requieren un análisis minucioso de la planitud de las almohadillas y de la soldabilidad.
El acabado debe seleccionarse junto con el proceso de montaje.
Tablones «Gold Finger»
Los «Gold Fingers» requieren una estructura de recubrimiento orientada al contacto, en lugar de un simple acabado soldable estándar.
Electrónica de alta fiabilidad
En el caso de productos del sector de la automoción, industrial, médico u otros en los que la fiabilidad sea un factor clave, el acabado superficial debe evaluarse junto con los requisitos de almacenamiento, ciclos térmicos, montaje y condiciones ambientales.
El acabado más barato no debe considerarse automáticamente como la solución más económica si posteriormente plantea problemas de montaje o de fiabilidad.
Cómo elegir el acabado superficial de una placa de circuito impreso en función del coste
El siguiente procedimiento puede ayudar a evitar gastos innecesarios.
Paso 1: Identificar los requisitos de montaje
Determina si la placa de circuito impreso utilizará:
- SMT
- Montaje con orificios pasantes
- Componentes de paso fino
- BGA
- Tecnología mixta
El proceso de montaje determina muchos de los requisitos relativos a la superficie.
Paso 2: Identificar los requisitos de contacto
Pregunta si el cobre expuesto se utilizará únicamente para soldar o también para establecer contacto mecánico o eléctrico.
Si la placa de circuito impreso tiene contactos en los bordes o zonas de inserción repetidas, puede ser necesario un proceso de recubrimiento de los contactos.
Paso 3: Comprueba los requisitos de almacenamiento
Piénsalo:
- Plazo de conservación previsto
- Embalaje
- Humedad
- Manipulación
- Intervalo entre la producción y el montaje
La elección del acabado superficial debe tener en cuenta la cadena de suministro real y no solo la fecha de fabricación.
Paso 4: Comparar presupuestos equivalentes
Cuando compares precios, solicita el mismo acabado superficial a cada proveedor de placas de circuito impreso.
De lo contrario, la comparación de presupuestos puede resultar engañosa.
Paso 5: Evaluar el coste total de fabricación
Ten en cuenta no solo el coste de fabricación de los PCB, sino también:
- Rendimiento del montaje de componentes superficiales (SMT)
- Rendimiento de la soldadura
- Reelaboración
- Inspección
- Almacenamiento
- Fiabilidad del producto
Un precio ligeramente superior en la fabricación de placas de circuito impreso puede tener poca importancia si reduce los problemas de montaje en las fases posteriores del proceso.
Cómo reducir el coste del acabado superficial de las placas de circuito impreso
Utiliza lo que realmente se necesita para terminar el diseño
Evita elegir un acabado más caro solo porque sea el más habitual.
Por ejemplo, no todas las placas SMT estándar necesitan un recubrimiento ENIG.
Evita el recubrimiento de oro en toda la superficie cuando basta con un recubrimiento selectivo
Si solo determinadas zonas de contacto requieren recubrimiento de oro, el recubrimiento selectivo puede evitar el tratamiento innecesario de otras superficies, dependiendo del diseño y del proceso de fabricación.
Unificar el acabado en productos similares
En el caso de las familias de productos con requisitos similares en cuanto a placas de circuito impreso, la estandarización del acabado superficial puede simplificar las compras y la producción.
No obstante, conviene comprobar individualmente los requisitos técnicos de cada placa.
Especifica claramente el grosor del oro
En el caso de los acabados relacionados con el oro, la falta de claridad en los requisitos de espesor puede dificultar la comparación de presupuestos.
Una especificación clara evita que los proveedores propongan procesos diferentes bajo el mismo término general.
Ten en cuenta el volumen de producción
La diferencia de coste entre los distintos acabados puede variar en función de si se trata de prototipos o de grandes cantidades de producción.
Por este motivo, el acabado superficial debe tenerse en cuenta como parte de la rentabilidad global de la producción.
El acabado de la superficie no debe evaluarse por separado del resto de costes de los PCB
El precio final de una placa de circuito impreso viene determinado por múltiples especificaciones.
Una relación simplificada es:
Coste de la placa de circuito impreso = Material + Estructura de capas + Cobre + Acabado superficial + Perforación + Utillaje + Pruebas + Panelización + Volumen de producción
Cambiar una especificación puede afectar a las demás.
Por ejemplo, una placa de circuito impreso de alta densidad puede requerir:
- Más capas
- Trazas sutiles
- Microvías
- ENIG
- Inspección adicional
En tal caso, el acabado superficial es solo uno de los componentes del coste total.
Por eso, la optimización de costes debería centrarse en el diseño en su conjunto, en lugar de intentar reducir al mínimo una partida concreta.
Lista de comprobación de costes de acabados superficiales
Antes de enviar una placa de circuito impreso para solicitar un presupuesto, comprueba lo siguiente:
- El acabado superficial se especifica claramente
- Los requisitos relativos al espesor del acabado se definen cuando procede.
- Se han revisado los requisitos de SMT
- Se han tenido en cuenta los requisitos relativos a los BGA o al paso fino
- Los «Gold Fingers» se especifican por separado si es necesario.
- Se identifican las zonas de contacto
- Se comprenden los requisitos de almacenamiento
- Se distingue entre los requisitos de prototipo y los de producción
- Todos los proveedores ofrecen el mismo acabado
- El acabado se evalúa junto con el proceso de montaje de placas de circuito impreso (PCBA).
Esto evita un problema habitual en los presupuestos: comparar los precios de dos placas de circuito impreso cuando las especificaciones reales del acabado de la superficie son diferentes.
Preguntas frecuentes
El coste depende del tamaño de la placa, la cantidad, el proceso de fabricación y las capacidades del proveedor. El HASL y otros acabados convencionales suelen considerarse opciones económicas, pero el presupuesto definitivo debe basarse en las especificaciones completas de la placa de circuito impreso.
El proceso ENIG suele tener un coste de procesamiento más elevado que el HASL, ya que requiere procesos adicionales de deposición química y capas controladas de níquel y oro. La diferencia de precio real depende del diseño de la placa de circuito impreso y del volumen de producción.
No. El acabado superficial adecuado depende del encapsulado del componente, la geometría de los contactos, el proceso de montaje, los requisitos de almacenamiento y los requisitos de fiabilidad. En muchos diseños de montaje superficial (SMT) se pueden utilizar acabados distintos del ENIG.
Sí. La planitud de la superficie, la soldabilidad, la protección contra la oxidación y la compatibilidad del acabado pueden afectar al rendimiento del montaje. Por lo tanto, el acabado debe seleccionarse junto con el proceso SMT o de montaje por orificios pasantes.
Not necessarily. “Gold PCB” can refer to different processes and specifications. ENIG, hard gold, and selective gold plating have different structures, purposes, and costs, so the exact finish must be specified before comparing quotations.
Conclusión
El acabado superficial de una placa de circuito impreso (PCB) es una parte relativamente pequeña de la estructura física de la PCB, pero puede tener un efecto significativo en el coste de fabricación.
Los acabados HASL, HASL sin plomo, OSP, ENIG, plata por inmersión, estaño por inmersión y a base de oro presentan, cada uno de ellos, diferentes requisitos de procesamiento y características de aplicación.
Para controlar los costes, el enfoque adecuado no consiste en optar por defecto por el acabado más barato. En su lugar, hay que partir de los requisitos reales del ensamblaje y del producto, determinar las características superficiales necesarias y, a continuación, comparar presupuestos equivalentes.
En los proyectos de producción de placas de circuito impreso, TOPFAST puede evaluar el acabado superficial seleccionado junto con la estructura de la placa, el grosor del cobre, los requisitos de los componentes y las especificaciones de fabricación, de modo que el coste presupuestado refleje el diseño real y no una especificación incompleta.
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Facilite los archivos Gerber junto con el acabado de superficie requerido, el espesor del cobre, el grosor de la placa, la cantidad y otras especificaciones clave para poder realizar una evaluación más precisa del coste de la PCB.
Compara los costes de las placas de circuito impreso según sus especificaciones
Al comparar presupuestos, asegúrate de que el acabado de la superficie, el peso del cobre, el número de capas, el material, el espesor, las pruebas y la cantidad sean equivalentes antes de valorar la diferencia de precio.
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