Custo do acabamento superficial de placas de circuito impresso (PCB): HASL, ENIG, OSP e outras opções

O acabamento da superfície é uma especificação que pode afetar significativamente o custo de fabricação das placas de circuito impresso.

Duas placas de circuito impresso com o mesmo tamanho, número de camadas e espessura de cobre podem, mesmo assim, ter preços diferentes se apresentarem acabamentos de superfície distintos.

A razão é simples: cada acabamento requer um processo de fabricação diferente e apresenta características distintas em termos de soldagem, armazenamento, montagem de passo fino, superfície de contato e proteção contra corrosão.

Entre os acabamentos comuns para a superfície de placas de circuito impresso (PCB) estão:

• HASL
• HASL sem chumbo
• ENIG
• OSP
• Prata de imersão
• Lata de imersão
• Ouro Duro
• Revestimento seletivo com ouro

Para projetos de placas de circuito impresso (PCB) em que o custo é um fator determinante, a questão importante não é simplesmente qual acabamento é o mais barato.

A pergunta mais pertinente é:

Qual acabamento de superfície oferece o desempenho elétrico, mecânico, de soldagem e de armazenamento necessário a um custo de fabricação adequado?

O que é o acabamento da superfície de uma placa de circuito impresso (PCB)?

O acabamento da superfície da placa de circuito impresso (PCB) é a camada protetora final aplicada às áreas expostas de cobre.

Sem um acabamento superficial adequado, o cobre exposto pode oxidar e sua soldabilidade pode se deteriorar durante o armazenamento e a montagem.

O acabamento da superfície protege o cobre exposto e proporciona uma superfície adequada para a soldagem de componentes ou, em algumas aplicações, para o contato elétrico.

A escolha depende de fatores como:

• Processo de montagem
• Pacote de componentes
• Geometria da almofada
• Período de armazenamento
• Condições ambientais
• Requisitos de contato
• Requisitos de confiabilidade
• Meta de custo

Portanto, o acabamento da superfície deve ser considerado parte da especificação geral de fabricação da placa de circuito impresso (PCB), e não uma opção de compra isolada.

Por que o acabamento da superfície afeta o custo das placas de circuito impresso?

Acabamentos diferentes exigem produtos químicos, equipamentos, etapas do processo, controles de qualidade e tempo de produção diferentes.

O custo pode ser influenciado por:

• Materiais químicos
• Tempo de processamento
• Preparação da superfície
• Requisitos de espessura
• Controle de processos
• Requisitos de inspeção
• Rendimento
• Área do quadro
• Volume de produção

Um acabamento simples pode ter um custo de processamento relativamente baixo, enquanto um acabamento mais complexo pode exigir controles adicionais do processo.

No entanto, a diferença de preço entre os acabamentos também depende da própria placa de circuito impresso.

Por exemplo, um pequeno protótipo com uma quantidade limitada pode apresentar uma relação de custos diferente daquela de um grande pedido de produção.

Essa é uma das razões pelas quais a comparação do acabamento da superfície deve sempre ser feita com base nas especificações completas da placa de circuito impresso.

HASL e suas características de custo

HASL significa “Nivelamento por Solda com Ar Quente”.

Durante o processo, a placa de circuito impresso é revestida com solda e, em seguida, passa por um jato de ar quente para remover o excesso de solda das superfícies de cobre expostas.

O HASL tem sido amplamente utilizado por ser relativamente simples e econômico.

Vantagens do HASL

A HASL pode oferecer:

• Custo de fabricação relativamente baixo
• Boa soldabilidade
• Processo de produção estabelecido
• Boa disponibilidade
• Desempenho prático para muitos projetos convencionais de placas de circuito impresso

Para placas com restrições de custo, com pads relativamente grandes e pacotes de componentes padrão, o HASL pode ser uma opção prática.

Limitações do HASL

O processo pode resultar em uma superfície menos uniforme em comparação com alguns outros acabamentos.

Isso pode se tornar ainda mais importante quando a placa de circuito impresso (PCB) contém:

• Componentes de passo fino
• Almofadinhas
• Layouts SMT densos
• Pacotes BGA
• Espaçamento reduzido entre as almofadas

Para esses projetos, os requisitos de planicidade da superfície podem levar os engenheiros a optar por outro tipo de acabamento.

Custo do HASL sem chumbo

O HASL sem chumbo utiliza materiais de solda sem chumbo e é comum quando a placa de circuito impresso precisa atender a requisitos de restrição ao uso de chumbo.

Seu custo pode diferir do HASL convencional, pois o material de solda e as condições do processo são diferentes.

O HASL sem chumbo pode ser adequado quando:

• É obrigatória a conformidade com a diretiva RoHS
• É utilizada a montagem SMT padrão
• O projeto não exige uma superfície extremamente plana
• O custo continua sendo um fator importante a ser levado em consideração

No entanto, a escolha deve ser feita em conjunto com o processo de montagem.

Um acabamento de baixo custo para placas de circuito impresso (PCB) que cause dificuldades durante a montagem SMT pode aumentar o custo total do produto.

O ENIG e por que ele costuma ser mais caro

ENIG significa “Níquel Químico e Ouro por Imersão”.

Utiliza uma camada de níquel seguida por uma fina camada de ouro por imersão.

O ENIG é amplamente utilizado em placas que exigem uma superfície relativamente plana, incluindo muitos projetos de PCB com passo fino e alta densidade.

Vantagens do ENIG

A ENIG pode oferecer:

• Superfícies das almofadas relativamente planas
• Boa soldabilidade
• Boa proteção da superfície
• Desempenho adequado para componentes de passo fino
• Boas características de armazenamento
• Compatibilidade com diversas aplicações de SMT

A superfície plana é particularmente útil para aplicações que envolvem pacotes de passo fino e layouts de pads densos.

Por que o ENIG custa mais caro

O processo ENIG requer várias etapas de processamento químico e a deposição controlada de níquel e ouro.

O custo de fabricação é influenciado por:

• Processamento de níquel
• Processamento de ouro
• Consumo de produtos químicos
• Controle de processos
• Requisitos de espessura
• Inspeção

O ouro, por si só, não é a única razão para o custo mais elevado.

O processo químico como um todo contribui para essa diferença.

Portanto, o ENIG deve ser escolhido porque suas características técnicas são necessárias, e não simplesmente porque o ouro soa mais sofisticado.

Custo do OSP e da placa de circuito impresso (PCB)

OSP significa “Preservativo Orgânico de Soldabilidade”.

Em vez de aplicar uma camada superficial metálica, o OSP forma um revestimento orgânico protetor sobre o cobre exposto.

A OSP pode oferecer uma solução relativamente econômica de acabamento de superfície para determinadas aplicações de placas de circuito impresso.

Vantagens do OSP

A OSP pode oferecer:

• Custo relativamente baixo
• Superfícies planas de cobre
• Boa compatibilidade com SMT
• Sem camada de metal precioso
• Desempenho adequado para diversas aplicações de montagem

Sua superfície plana pode ser útil para componentes SMT de passo fino.

Limitações do OSP

O OSP não oferece o mesmo tipo de superfície metálica exposta a longo prazo que o ENIG.

O revestimento também pode ser afetado pelo manuseio e por repetidos processos térmicos.

Portanto, o OSP precisa ser avaliado de acordo com o processo de montagem real e o ciclo de vida esperado do produto.

Custo da prata por imersão

A imersão em prata deposita uma fina camada de prata sobre o cobre exposto.

Ele pode proporcionar uma superfície relativamente plana e boa soldabilidade.

As aplicações podem incluir:

• SMT de passo fino
• Projetos de alta frequência
• Montagem sem chumbo
• Aplicações nas quais é importante que a superfície da almofada seja plana

Seu custo geralmente difere tanto do HASL quanto do ENIG, e o orçamento final depende do tamanho da placa, da quantidade, dos requisitos do processo e da capacidade do fornecedor.

No caso de projetos que utilizam prata por imersão, as condições de armazenamento e manuseio também devem ser levadas em consideração durante a fase de planejamento da fabricação.

Custo do estanho por imersão

O estanho por imersão forma uma fina camada à base de estanho sobre o cobre exposto.

Sua planicidade o torna adequado para determinadas aplicações de SMT.

No entanto, esse acabamento apresenta considerações específicas quanto ao armazenamento e ao manuseio, que devem ser analisadas durante o projeto e a fabricação.

O custo pode ser atraente para algumas aplicações, mas o menor preço do acabamento superficial não resulta necessariamente no menor custo total de fabricação.

O ouro duro é diferente do ENIG

O ouro duro e o ENIG não devem ser considerados como o mesmo tipo de acabamento superficial.

O ENIG tem como principal finalidade proporcionar uma superfície soldável.

O ouro duro é comumente utilizado quando a superfície exposta precisa suportar contato mecânico repetido.

Entre as aplicações típicas estão:

• Contatos de borda
• Dedos de ouro
• Interruptores de chave
• Interfaces de inserção repetidas
• Superfícies de contato elétrico

Como o ouro duro exige uma estrutura e um processo de galvanização diferentes, seu custo pode ser significativamente diferente do dos acabamentos comuns que podem ser soldados.

Em aplicações de contato, a espessura do ouro e a área de revestimento também se tornam variáveis importantes de custo.

Por que a espessura do ouro é importante

Nem todas as especificações de ouro são equivalentes.

Uma cotação pode especificar uma superfície dourada, mas deixar detalhes importantes sem esclarecimento.

Antes de comparar preços, verifique:

• Tipo ouro
• Espessura do ouro
• Espessura do níquel
• Área de galvanização
• Se o ouro se destina à soldagem ou ao contato
• Aplicação seletiva ou em toda a área

No caso dos contatos dourados, por exemplo, a espessura e a área de revestimento exigidas podem ter um impacto significativo no custo.

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

Acabamento de superfície e componentes de passo fino

A escolha do acabamento da superfície torna-se mais importante à medida que o espaçamento entre os componentes diminui.

Os pads convencionais de grande porte podem tolerar mais variações na superfície do que os pads SMT muito pequenos.

Aplicações com passo fino podem exigir uma superfície mais plana para garantir uma deposição consistente da pasta de solda e o posicionamento dos componentes.

Essa é uma das razões pelas quais o ENIG ou o OSP podem ser considerados para certas placas de alta densidade.

No entanto, a decisão deve se basear no processo de montagem como um todo, e não apenas no espaçamento entre os componentes.

Os fatores incluem:

• Tamanho da almofada
• Pacote de componentes
• Design de estêncil
• Pasta de solda
• Perfil de refluxo
• Rendimento da montagem
• Requisitos de inspeção

Acabamento de superfície e pacotes BGA

Os componentes BGA impõem exigências específicas quanto à qualidade dos pads da placa de circuito impresso, pois muitas juntas de solda estão localizadas sob o pacote.

A planicidade da superfície e a soldabilidade podem, portanto, se tornar fatores importantes.

No caso de uma placa BGA, mudar para um acabamento de superfície mais barato sem revisar o processo de montagem pode gerar riscos adicionais à fabricação.

A cotação da placa de circuito impresso (PCB) deve, portanto, ser avaliada em conjunto com o processo de montagem da placa de circuito impresso (PCBA).

Se a placa ainda estiver na fase de protótipo, o acabamento da superfície deve ser especificado antes de solicitar cotações, em vez de permitir que cada fornecedor apresente uma cotação com um acabamento diferente.

Acabamento da superfície e custo do protótipo de PCB

O acabamento da superfície pode representar uma parcela mais significativa do preço do protótipo quando a quantidade encomendada é pequena.

Por exemplo, a diferença entre dois tipos de acabamento pode ter menos impacto na economia por unidade em um grande pedido de produção do que em um pequeno pedido de protótipo.

O custo do protótipo também inclui fatores relacionados à engenharia e à configuração.

Para uma discussão mais ampla sobre a precificação de protótipos, consulte Quanto custa a prototipagem de placas de circuito impresso?.

Ao avaliar uma cotação de protótipo, certifique-se de que o acabamento da superfície seja idêntico entre as cotações.

Caso contrário, a diferença aparente de preço pode não representar uma diferença real no custo de fabricação.

Acabamento de superfície e comparação de cotações de placas de circuito impresso

O acabamento da superfície é uma das especificações que devem ser verificadas ao comparar cotações de placas de circuito impresso.

Por exemplo:

Especificação	Citação A	Citação B
Tamanho da prancha	O mesmo	O mesmo
Contagem de camadas	O mesmo	O mesmo
Peso do cobre	O mesmo	O mesmo
Espessura da placa	O mesmo	O mesmo
Acabamento da superfície	HASL	ENIG
Quantidade	O mesmo	O mesmo
Testes	O mesmo	O mesmo

Se a cotação B for mais cara, isso não significa necessariamente que o preço geral de fabricação seja mais alto.

O próprio acabamento da superfície é diferente.

A comparação correta baseia-se, portanto, em especificações equivalentes.

Esse princípio também é importante ao analisar os fatores mais amplos discutidos em Por que os orçamentos de placas de circuito impresso variam tanto?.

Custo do acabamento de superfície por aplicação

Aplicativos diferentes podem ter prioridades diferentes.

Painéis de controle geral

Para placas de controle convencionais com componentes SMT padrão ou de montagem por orifício, um acabamento soldável com boa relação custo-benefício pode ser suficiente.

Placas SMT de alta densidade

Em projetos de SMT densos, a planicidade da superfície pode se tornar mais importante.

Pode-se considerar o ENIG ou o OSP, dependendo dos requisitos de montagem.

Placas BGA

As montagens BGA exigem uma análise cuidadosa da planicidade dos pads e da soldabilidade.

O acabamento deve ser escolhido em conjunto com o processo de montagem.

Pautas Gold Finger

Os “Gold Fingers” exigem uma estrutura de revestimento orientada para o contato, em vez de um simples acabamento padrão soldável.

Eletrônica de alta confiabilidade

No caso de produtos automotivos, industriais, médicos ou outros em que a confiabilidade é fundamental, o acabamento superficial deve ser avaliado em conjunto com os requisitos de armazenamento, ciclos térmicos, montagem e ambientais.

O acabamento mais barato não deve ser automaticamente considerado a solução de menor custo se, posteriormente, causar problemas de montagem ou de confiabilidade.

Como escolher um acabamento de superfície para uma placa de circuito impresso com base no custo

O processo a seguir pode ajudar a evitar custos desnecessários.

Etapa 1: Identificar os requisitos de montagem

Determine se a placa de circuito impresso utilizará:

• SMT
• Montagem com orifícios passantes
• Componentes de passo fino
• BGA
• Tecnologia mista

O processo de montagem determina muitos dos requisitos relativos à superfície.

Etapa 2: Identificar os requisitos de contato

Pergunte se o cobre exposto será utilizado apenas para soldagem ou também para contato mecânico/elétrico.

Se a placa de circuito impresso (PCB) tiver contatos nas bordas ou áreas de inserção repetidas, pode ser necessário um processo de galvanização dos contatos.

Etapa 3: Verifique os requisitos de armazenamento

Considere o seguinte:

• Período de armazenamento previsto
• Embalagem
• Umidade
• Manuseio
• Intervalo entre a produção e a montagem

A escolha do acabamento da superfície deve levar em conta a cadeia de suprimentos real, e não apenas a data de fabricação.

Etapa 4: Comparar cotações equivalentes

Ao comparar preços, solicite o mesmo acabamento de superfície a cada fornecedor de placas de circuito impresso.

Caso contrário, a comparação de cotações pode ser enganosa.

Etapa 5: Avaliar o custo total de fabricação

Leve em consideração não apenas o custo de fabricação da placa de circuito impresso, mas também:

• Rendimento de SMT
• Desempenho na soldagem
• Retrabalho
• Inspeção
• Armazenamento
• Confiabilidade do produto

Um preço ligeiramente mais alto na fabricação de placas de circuito impresso (PCB) pode ter pouca importância se isso reduzir os problemas de montagem nas etapas posteriores.

Como reduzir o custo do acabamento superficial de placas de circuito impresso

Use o que for realmente necessário para concluir o projeto

Evite escolher um acabamento mais caro simplesmente porque é comumente utilizado.

Por exemplo, nem toda placa SMT padrão precisa de ENIG.

Evite o revestimento de ouro em toda a área quando o revestimento seletivo for suficiente

Se apenas determinadas áreas de contato precisarem de revestimento de ouro, o revestimento seletivo pode evitar o tratamento desnecessário de outras superfícies, dependendo do projeto e do processo de fabricação.

Padronizar o acabamento em produtos semelhantes

Para famílias de produtos com requisitos semelhantes em relação às placas de circuito impresso (PCB), a padronização do acabamento superficial pode simplificar as compras e a produção.

No entanto, os requisitos técnicos de cada placa devem ser verificados individualmente.

Especifique claramente a espessura do ouro

No caso de acabamentos relacionados ao ouro, requisitos de espessura pouco claros podem dificultar a comparação entre cotações.

Uma especificação clara evita que os fornecedores proponham processos diferentes sob o mesmo termo geral.

Leve em consideração o volume de produção

A diferença de custo entre os acabamentos pode se comportar de maneira diferente em protótipos e em quantidades maiores de produção.

Por esse motivo, o acabamento da superfície deve ser analisado como parte da economia geral da produção.

O acabamento da superfície não deve ser avaliado separadamente dos demais custos da placa de circuito impresso

O preço final de uma placa de circuito impresso (PCB) é determinado por diversas especificações.

Uma relação simplificada é:

Custo da placa de circuito impresso (PCB) = Material + Estrutura das camadas + Cobre + Acabamento da superfície + Perfuração + Ferramentas + Testes + Panelização + Volume de produção

A alteração de uma especificação pode afetar as demais.

Por exemplo, uma placa de circuito impresso (PCB) de alta densidade pode exigir:

• Mais camadas
• Traços finos
• Microvias
• ENIG
• Inspeção adicional

Nesse caso, o acabamento da superfície é apenas um dos componentes do custo total.

É por isso que a otimização de custos deve se concentrar no projeto como um todo, em vez de tentar minimizar um único item.

Lista de verificação de custos de acabamento de superfícies

Antes de enviar uma placa de circuito impresso (PCB) para orçamento, verifique:

• O acabamento da superfície está claramente especificado
• Os requisitos de espessura do acabamento são definidos quando aplicável
• Os requisitos de SMT foram revisados
• Foram levados em consideração os requisitos relativos a BGA ou ao espaçamento fino
• Os pinos dourados são especificados separadamente, se necessário
• As áreas de contato são identificadas
• Os requisitos de armazenamento foram compreendidos
• Distingue-se entre os requisitos de protótipo e os de produção
• Todos os fornecedores estão oferecendo o mesmo acabamento
• O acabamento é avaliado em conjunto com o processo de montagem de placas de circuito impresso (PCBA)

Isso evita um problema comum nas cotações: comparar os preços de duas placas de circuito impresso (PCB) quando as especificações reais do acabamento da superfície são diferentes.

Perguntas frequentes

Conclusão

O acabamento da superfície da placa de circuito impresso (PCB) é uma parte relativamente pequena da estrutura física da PCB, mas pode ter um efeito significativo no custo de fabricação.

HASL, HASL sem chumbo, OSP, ENIG, prata por imersão, estanho por imersão e acabamentos à base de ouro apresentam, cada um, diferentes requisitos de processamento e características de aplicação.

Para o controle de custos, a abordagem correta não é optar automaticamente pelo acabamento mais barato. Em vez disso, comece analisando os requisitos reais de montagem e do produto, determine as características de superfície necessárias e, em seguida, compare cotações equivalentes.

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Compare os custos de placas de circuito impresso (PCB) por especificação

Ao comparar cotações, certifique-se de que o acabamento da superfície, o peso do cobre, o número de camadas, o material, a espessura, os testes e a quantidade sejam equivalentes antes de avaliar a diferença de preço.