Coût des finitions de surface des circuits imprimés : HASL, ENIG, OSP et autres options

La finition de surface est l'un des critères pouvant avoir une incidence notable sur le coût de fabrication des circuits imprimés.

Deux circuits imprimés présentant les mêmes dimensions, le même nombre de couches et le même grammage de cuivre peuvent tout de même avoir des prix différents s'ils présentent des finitions de surface différentes.

La raison est simple : chaque finition nécessite un processus de fabrication différent et présente des caractéristiques distinctes en matière de soudure, de stockage, d'assemblage à pas fin, de surface de contact et de protection contre la corrosion.

Parmi les finitions de surface courantes des circuits imprimés, on trouve :

• HASL
• HASL sans plomb
• ENIG
• OSP
• Argent d'immersion
• Étain d'immersion
• Or dur
• Plaquage sélectif à l'or

Pour les conceptions de circuits imprimés où le coût est un facteur déterminant, la question essentielle n'est pas simplement de savoir quelle finition est la moins chère.

La question la plus pertinente est la suivante :

Quel traitement de surface offre les performances requises sur les plans électrique, mécanique, de soudure et de stockage, à un coût de fabrication raisonnable ?

Qu'est-ce que la finition de surface d'un circuit imprimé ?

La finition de surface d'un circuit imprimé correspond à la couche protectrice finale appliquée sur les zones de cuivre exposées.

Sans un traitement de surface adapté, le cuivre exposé peut s'oxyder et sa soudabilité peut se détériorer pendant le stockage et l'assemblage.

Le traitement de surface protège le cuivre apparent et offre une surface adaptée au soudage des composants ou, dans certaines applications, à l'établissement d'un contact électrique.

Ce choix dépend de facteurs tels que :

• Processus d'assemblage
• Ensemble de composants
• Géométrie du tampon
• Durée de conservation
• Conditions environnementales
• Conditions de contact
• Exigences en matière de fiabilité
• Objectif de coût

Par conséquent, la finition de surface doit être considérée comme faisant partie intégrante du cahier des charges global de fabrication des circuits imprimés, plutôt que comme une option d'achat distincte.

Pourquoi la finition de surface influe-t-elle sur le coût des circuits imprimés ?

Chaque finition nécessite des produits chimiques, des équipements, des étapes de fabrication, des contrôles qualité et des délais de production spécifiques.

Le coût peut dépendre des facteurs suivants :

• Matériaux chimiques
• Délai de traitement
• Préparation de la surface
• Exigences en matière d'épaisseur
• Contrôle des processus
• Exigences en matière d'inspection
• Rendement
• Zone du forum
• Volume de production

Une finition simple peut présenter un coût de fabrication relativement faible, tandis qu'une finition plus complexe peut nécessiter des contrôles de processus supplémentaires.

Toutefois, la différence de prix entre les différentes finitions dépend également du circuit imprimé lui-même.

Par exemple, un petit prototype fabriqué en quantité limitée peut présenter une structure de coûts différente de celle d'une commande de production à grande échelle.

C'est l'une des raisons pour lesquelles la comparaison des finitions de surface doit toujours être effectuée en se basant sur le cahier des charges complet du circuit imprimé.

Le HASL et ses caractéristiques en matière de coûts

HASL signifie « Hot Air Solder Leveling » (nivellement par soudure à l'air chaud).

Au cours de ce processus, le circuit imprimé est recouvert de soudure, puis soumis à un flux d'air chaud afin d'éliminer l'excès de soudure des surfaces en cuivre exposées.

La méthode HASL est largement utilisée car elle est relativement simple et économique.

Avantages du procédé HASL

HASL peut vous proposer :

• Coût de fabrication relativement faible
• Bonne soudabilité
• Processus de production bien établi
• Bonne disponibilité
• Des performances concrètes pour de nombreuses conceptions de circuits imprimés classiques

Pour les cartes où le coût est un facteur déterminant, dotées de pastilles relativement grandes et de boîtiers de composants standard, le procédé HASL peut constituer une option pratique.

Limites du HASL

Ce procédé peut donner lieu à une surface moins uniforme que certaines autres finitions.

Cela peut revêtir une importance accrue lorsque le circuit imprimé comporte :

• Composants à pas fin
• Petits tampons
• Dispositions SMT denses
• Boîtiers BGA
• Espacement réduit entre les coussinets

Pour ces modèles, les exigences en matière de planéité de la surface peuvent amener les ingénieurs à opter pour une autre finition.

Coût du HASL sans plomb

Le procédé HASL sans plomb utilise des matériaux de soudure sans plomb ; il est couramment utilisé lorsque le circuit imprimé doit respecter des exigences en matière de restriction du plomb.

Son coût peut varier par rapport au procédé HASL classique, car le matériau de soudure et les conditions de traitement sont différents.

Le procédé HASL sans plomb peut être approprié dans les cas suivants :

• La conformité à la directive RoHS est obligatoire
• On utilise un assemblage SMT standard
• Cette conception ne nécessite pas une surface extrêmement plane.
• Le coût reste un facteur important à prendre en compte

Toutefois, ce choix doit être fait en fonction du processus d'assemblage.

Une finition de circuit imprimé à faible coût qui pose des problèmes lors de l'assemblage SMT peut augmenter le coût global du produit.

L'ENIG et pourquoi il coûte généralement plus cher

ENIG est l'acronyme de « nickel chimique et or par immersion ».

Il est constitué d'une couche de nickel recouverte d'une fine couche d'or appliquée par immersion.

La technologie ENIG est largement utilisée pour les cartes nécessitant une surface relativement plane, notamment de nombreux modèles de circuits imprimés à pas fin et à haute densité.

Avantages de l'ENIG

ENIG peut vous proposer :

• Surfaces de patins relativement plates
• Bonne soudabilité
• Bonne protection de la surface
• Performances adaptées aux composants à pas fin
• Bonnes caractéristiques de conservation
• Compatibilité avec de nombreuses applications SMT

La surface plane est particulièrement utile pour les applications impliquant des boîtiers à pas fin et des dispositions de pastilles denses.

Pourquoi l'ENIG coûte-t-il plus cher ?

Le procédé ENIG nécessite plusieurs étapes de traitement chimique ainsi qu'un dépôt contrôlé de nickel et d'or.

Le coût de fabrication dépend des facteurs suivants :

• Traitement du nickel
• Traitement de l'or
• Consommation de produits chimiques
• Contrôle des processus
• Exigences en matière d'épaisseur
• L'inspection

Le prix de l'or n'est pas la seule raison de cette hausse des coûts.

C'est l'ensemble du processus chimique qui explique cette différence.

Il convient donc de choisir l'ENIG en raison de ses caractéristiques techniques, et non simplement parce que l'or semble plus prestigieux.

Coût de l'OSP et des circuits imprimés

OSP signifie « Organic Solderability Preservative » (agent de préservation de la soudabilité organique).

Au lieu d'appliquer une couche superficielle métallique, le procédé OSP forme un revêtement organique protecteur sur le cuivre exposé.

L'OSP peut constituer une solution de finition de surface relativement économique pour certaines applications de circuits imprimés.

Avantages de l'OSP

OSP peut vous proposer :

• Coût relativement faible
• Surfaces planes en cuivre
• Bonne compatibilité avec la technologie SMT
• Pas de couche de métal précieux
• Des performances adaptées à de nombreuses applications d'assemblage

Sa surface plane peut s'avérer utile pour les composants SMT à pas fin.

Limites de l'OSP

L'OSP n'offre pas le même type de surface métallique exposée à long terme que l'ENIG.

Le revêtement peut également être altéré par la manipulation et les traitements thermiques répétés.

Par conséquent, l'OSP doit être évalué en fonction du processus d'assemblage réel et du cycle de vie prévu du produit.

Coût de l'argent par immersion

L'immersion permet de déposer une fine couche d'argent sur le cuivre exposé.

Il permet d'obtenir une surface relativement plane et une bonne soudabilité.

Les applications peuvent inclure :

• Montage en surface (SMT) à pas fin
• Conceptions haute fréquence
• Assemblage sans plomb
• Applications pour lesquelles une surface plane est importante

Son coût diffère généralement de celui du HASL et de l'ENIG, et le devis final dépend de la taille de la carte, de la quantité, des exigences du procédé et des capacités du fournisseur.

Pour les modèles utilisant la technique de l'argent par immersion, il convient également de prendre en compte les conditions de stockage et de manipulation dès la phase de planification de la fabrication.

Coût de l'étain d'immersion

L'étamage par immersion permet d'obtenir une fine couche d'étain à la surface du cuivre exposé.

Sa planéité le rend adapté à certaines applications de montage en surface (SMT).

Toutefois, ce type de finition nécessite de prendre en compte certaines considérations spécifiques en matière de stockage et de manutention, qui doivent être examinées dès les phases de conception et de fabrication.

Le coût peut s'avérer intéressant pour certaines applications, mais le prix le plus bas pour la finition de surface ne se traduit pas nécessairement par le coût de fabrication total le plus bas.

L'or dur est différent de l'ENIG

L'or dur et l'ENIG ne doivent pas être considérés comme des finitions de surface identiques.

L'ENIG sert principalement à fournir une surface soudable.

L'or dur est couramment utilisé lorsque la surface exposée doit résister à des contacts mécaniques répétés.

Parmi les applications courantes, on peut citer :

• Contacts périphériques
• Doigts d'or
• Interrupteurs à clé
• Interfaces d'insertion répétées
• Surfaces de contact électriques

L'or dur nécessitant une structure et un procédé de placage différents, son coût peut varier considérablement par rapport à celui des finitions soudables classiques.

Pour les applications de contact, l'épaisseur de l'or et la surface plaquée constituent également des variables de coût importantes.

Pourquoi l'épaisseur de l'or est-elle importante ?

Toutes les spécifications relatives à l'or ne se valent pas.

Un devis peut mentionner une finition dorée tout en laissant certains détails importants dans le flou.

Avant de comparer les prix, vérifiez :

• Type « Gold »
• Épaisseur de l'or
• Épaisseur du nickel
• Zone de placage
• Que l'or soit destiné à la soudure ou à la connexion
• Application sélective ou sur toute la surface

Pour les contacts dorés, par exemple, l'épaisseur requise et la surface à plaquer peuvent avoir une incidence notable sur le coût.

A simple statement such as “gold PCB” is therefore not sufficient for an accurate cost comparison.

Finition de surface et composants à pas fin

Le choix du traitement de surface prend de plus en plus d'importance à mesure que l'espacement entre les composants diminue.

Les pastilles conventionnelles de grande taille peuvent supporter davantage de variations de surface que les très petites pastilles SMT.

Les applications à pas fin peuvent nécessiter une surface plus plane afin de garantir un dépôt homogène de la pâte à souder et un placement précis des composants.

C'est l'une des raisons pour lesquelles on peut envisager d'utiliser l'ENIG ou l'OSP pour certains circuits imprimés à haute densité.

Toutefois, cette décision devrait être fondée sur l'ensemble du processus d'assemblage plutôt que sur le seul pas des composants.

Les facteurs comprennent :

• Dimensions du tampon
• Ensemble de composants
• Conception de pochoirs
• Pâte à souder
• Profil de refusion
• Rendement d'assemblage
• Exigences en matière d'inspection

Finition de surface et boîtiers BGA

Les composants BGA imposent des exigences particulières en matière de qualité des pastilles des circuits imprimés, car de nombreux joints de soudure se trouvent sous le boîtier.

La planéité de la surface et la soudabilité peuvent donc revêtir une grande importance.

Dans le cas d'une carte BGA, le fait d'opter pour une finition de surface moins coûteuse sans revoir le processus d'assemblage peut entraîner des risques supplémentaires au niveau de la fabrication.

Le devis du circuit imprimé doit donc être évalué conjointement avec le processus d'assemblage du circuit imprimé.

Si la carte en est encore au stade du prototype, il convient de préciser la finition de surface avant de demander des devis, plutôt que de laisser chaque fournisseur proposer une finition différente.

Finition de surface et coût des prototypes de circuits imprimés

La finition de surface peut représenter une part plus importante du prix d'un prototype lorsque la quantité commandée est faible.

Par exemple, la différence entre deux finitions peut avoir moins d'impact sur la rentabilité unitaire dans le cadre d'une commande de production à grande échelle que dans celui d'une petite commande de prototypes.

Le coût du prototype comprend également les éléments liés à l'ingénierie et à la mise en place.

Pour une analyse plus approfondie de la tarification des prototypes, voir Combien coûte la fabrication d'un prototype de circuit imprimé ?.

Lorsque vous évaluez un devis de prototype, assurez-vous que la finition de surface est identique d'un devis à l'autre.

Sinon, la différence de prix apparente pourrait ne pas refléter une réelle différence de coûts de fabrication.

Comparaison des finitions de surface et des devis pour circuits imprimés

La finition de surface est l'un des critères à vérifier lors de la comparaison des devis de circuits imprimés.

Par exemple :

Spécifications	Citation A	Citation B
Dimensions de la planche	Idem	Idem
Nombre de couches	Idem	Idem
Poids du cuivre	Idem	Idem
Epaisseur du panneau	Idem	Idem
Finition de la surface	HASL	ENIG
Quantité	Idem	Idem
Essais	Idem	Idem

Si le devis B est plus cher, cela ne signifie pas nécessairement que le coût de fabrication global est plus élevé.

La finition de surface elle-même est différente.

La comparaison correcte repose donc sur spécifications équivalentes.

Ce principe revêt également une grande importance lorsqu'on examine les facteurs plus généraux abordés dans Pourquoi les devis pour les circuits imprimés varient-ils autant ?.

Coût des traitements de surface par application

Les priorités peuvent varier d'une application à l'autre.

Tableaux de commande généraux

Pour les cartes de commande classiques équipées de composants SMT ou à montage traversant standard, une finition soudable et économique peut s'avérer suffisante.

Cartes SMT à haute densité

Dans le cas de conceptions SMT à haute densité, la planéité de la surface peut revêtir une importance accrue.

On peut envisager l'ENIG ou l'OSP en fonction des exigences de montage.

Cartes BGA

Les assemblages BGA nécessitent de prêter une attention particulière à la planéité des pastilles et à leur soudabilité.

Le choix de la finition doit être effectué en fonction du processus d'assemblage.

Manches « Gold Finger »

Les « Gold Fingers » nécessitent une structure de placage adaptée aux contacts plutôt qu'une simple finition standard soudable.

Électronique haute fiabilité

Pour les produits destinés aux secteurs automobile, industriel, médical ou à tout autre domaine où la fiabilité est primordiale, l'état de surface doit être évalué en tenant compte des exigences en matière de stockage, de cycles thermiques, d'assemblage et d'environnement.

La finition la moins chère ne doit pas être considérée d'emblée comme la solution la plus économique si elle entraîne par la suite des problèmes d'assemblage ou de fiabilité.

Comment choisir une finition de surface pour un circuit imprimé en fonction du coût

La procédure suivante peut permettre d'éviter des coûts inutiles.

Étape 1 : Déterminer les exigences en matière d'assemblage

Déterminez si le circuit imprimé utilisera :

• SMT
• Assemblage à trous traversants
• Composants à pas fin
• BGA
• Technologies mixtes

Le processus d'assemblage détermine bon nombre des exigences relatives à la surface.

Étape 2 : Déterminer les besoins en matière de contacts

Demandez si le cuivre à nu sera utilisé uniquement pour le soudage ou également pour assurer un contact mécanique ou électrique.

Si le circuit imprimé comporte des contacts en bordure ou des zones d'insertion répétées, un procédé de placage des contacts peut s'avérer nécessaire.

Étape 3 : Vérifier les besoins en stockage

Réfléchissez à ceci :

• Durée de conservation prévue
• Emballage
• Humidité
• Manipulation
• Délai entre la production et l'assemblage

Le choix du traitement de surface doit tenir compte de la chaîne d'approvisionnement réelle plutôt que de la seule date de fabrication.

Étape 4 : Comparer les devis équivalents

Lorsque vous comparez les prix, demandez à chaque fournisseur de circuits imprimés de proposer le même type de finition de surface.

Sinon, la comparaison des devis peut prêter à confusion.

Étape 5 : Évaluer le coût total de fabrication

Tenez compte non seulement du coût de fabrication des circuits imprimés, mais aussi :

• Rendement SMT
• Performances de soudage
• Retouche
• L'inspection
• Stockage
• Fiabilité du produit

Un coût de fabrication des circuits imprimés légèrement plus élevé peut s'avérer négligeable s'il permet de réduire les problèmes d'assemblage en aval.

Comment réduire le coût de la finition de surface des circuits imprimés

Utilisez la finition que le motif nécessite réellement

Évitez de choisir une finition plus chère simplement parce qu'elle est couramment utilisée.

Par exemple, toutes les cartes SMT standard ne nécessitent pas forcément un revêtement ENIG.

Évitez le placage en or sur toute la surface lorsque le placage sélectif suffit

Si seules certaines zones de contact doivent être recouvertes d'or, le placage sélectif peut permettre d'éviter un traitement inutile des autres surfaces, en fonction de la conception et du procédé de fabrication.

Harmoniser la finition entre les produits similaires

Pour les gammes de produits présentant des exigences similaires en matière de circuits imprimés, la standardisation de la finition de surface peut simplifier les achats et la production.

Il convient toutefois de vérifier au cas par cas les exigences techniques de chaque carte.

Précisez clairement l'épaisseur de l'or

En ce qui concerne les finitions à base d'or, le manque de précision quant aux exigences d'épaisseur peut compliquer la comparaison des devis.

Un cahier des charges précis empêche les fournisseurs de proposer des procédés différents sous une même appellation générale.

Prendre en compte le volume de production

La différence de coût entre les différentes finitions peut se traduire différemment selon qu'il s'agit de prototypes ou de grandes séries.

C'est pourquoi la finition de surface doit être prise en compte dans le cadre de l'analyse globale de la rentabilité de la production.

La finition de surface ne doit pas être évaluée indépendamment des autres coûts liés aux circuits imprimés

Le prix final d'un circuit imprimé dépend de plusieurs caractéristiques techniques.

Une relation simplifiée est la suivante :

Coût d'un circuit imprimé = Matériaux + Structure des couches + Cuivre + Finition de surface + Perçage + Outillage + Tests + Regroupement en panneaux + Volume de production

La modification d'une spécification peut avoir des répercussions sur les autres.

Par exemple, un circuit imprimé à haute densité peut nécessiter :

• Plus de couches
• Traces fines
• Microvias
• ENIG
• Inspection supplémentaire

Dans ce cas, le traitement de surface ne représente qu'une partie du coût global.

C'est pourquoi l'optimisation des coûts doit porter sur la conception dans son ensemble plutôt que de chercher à réduire au minimum un poste budgétaire en particulier.

Liste de contrôle des coûts liés aux finitions de surface

Avant d'envoyer un circuit imprimé pour obtenir un devis, vérifiez les points suivants :

• La finition de surface est clairement spécifiée
• Les exigences relatives à l'épaisseur de la finition sont définies le cas échéant
• Les exigences relatives au montage en surface (SMT) ont été réexaminées
• Les exigences relatives aux boîtiers BGA ou aux pas fins ont été prises en compte
• Les cosses dorées sont indiquées séparément si nécessaire
• Les zones de contact sont identifiées
• Les exigences en matière de stockage sont bien comprises
• On distingue les exigences relatives aux prototypes et celles relatives à la production
• Tous les fournisseurs proposent la même finition
• La finition est évaluée conjointement avec le processus d'assemblage des circuits imprimés (PCBA)

Cela permet d'éviter un problème courant en matière de devis : la comparaison de deux prix de circuits imprimés alors que les spécifications réelles de finition de surface sont différentes.

Questions fréquemment posées

Conclusion

La finition de surface d'un circuit imprimé ne représente qu'une partie relativement mineure de la structure physique de celui-ci, mais elle peut avoir une incidence significative sur le coût de fabrication.

Les finitions HASL, HASL sans plomb, OSP, ENIG, argent par immersion, étain par immersion et à base d'or présentent chacune des exigences de traitement et des caractéristiques d'application différentes.

Pour maîtriser les coûts, la bonne approche ne consiste pas à choisir systématiquement la finition la moins chère. Il faut plutôt partir des exigences réelles liées à l'assemblage et au produit, déterminer les caractéristiques de surface nécessaires, puis comparer des devis équivalents.

Pour les projets de circuits imprimés destinés à la production, TOPFAST peut évaluer la finition de surface choisie en tenant compte de la structure de la carte, de l'épaisseur du cuivre, des exigences relatives aux composants et des spécifications de fabrication, afin que le devis reflète la conception réelle et non un cahier des charges incomplet.

Demander un devis pour un circuit imprimé

Veuillez fournir les fichiers Gerber ainsi que les informations requises concernant le traitement de surface, l'épaisseur du cuivre, l'épaisseur du circuit imprimé, la quantité et les autres spécifications clés afin de permettre une évaluation plus précise du coût du circuit imprimé.

Comparer les coûts des circuits imprimés en fonction de leurs caractéristiques techniques

Lorsque vous comparez des devis, assurez-vous que la finition de surface, le poids du cuivre, le nombre de couches, le matériau, l'épaisseur, les essais et la quantité sont équivalents avant d'évaluer la différence de prix.