El uso de capas de oro depositadas sobre níquel es habitual en muchos sectores, desde los conectores de los módulos de memoria DRAM hasta los contactos de las sondas de prueba eléctricas, pasando por las metalizaciones de los chips de semiconductores de potencia y las almohadillas de unión por hilo. Aunque el papel del oro en la unión de soldadura final se conoce bien, quería saber más sobre el proceso de deposición de oro de la mano de un experto del sector, por lo que tuve la oportunidad de hablar sobre ello con Lenora Toscano, máster en Ciencias y directora de productos de acabado final en MacDermid.
Andy Mackie: ¿Qué papel desempeña el oro en la protección de las superficies en los procesos de montaje de componentes electrónicos (SMT) y de semiconductores?
Lenora Toscano: El oro no forma óxido; protege al níquel de la oxidación o la pasivación. Una superficie de níquel limpia presenta una soldabilidad muy alta con la mayoría de los tipos de soldadura, pero su óxido es muy difícil de eliminar con los fundentes habituales. Además, el oro se disuelve casi instantáneamente en la mayoría de las soldaduras durante el montaje, lo que favorece una humectabilidad superior.
Andy Mackie:¿Qué normas existen sobre el espesor del oro para las diferentes aplicaciones de montaje de componentes electrónicos y semiconductores?
Lenora Toscano: La principal aplicación del recubrimiento ENIG (níquel químico/oro por inmersión) es la tecnología «chip-on-board» (COB), siendo el espesor habitual de la capa de oro por inmersión sobre el sustrato HDI de 3 a 5 micropulgadas.
Los conectores de borde suelen requerir el uso de oro duro. Se utilizan depósitos de oro ácido para cumplir con la norma MIL-STD-275, que establece que el oro debe ajustarse a la norma MIL-G-45204, Tipo II, Clase 1. El espesor debe ser de 50 a 100 micropulgadas; el espesor habitual es de 30 a 50 micropulgadas sobre una capa de níquel de 150 micropulgadas.
Por otro lado, en el caso de las superficies soldables, el espesor habitual es de 5 a 15 micropulgadas sobre una capa de níquel de 150 micropulgadas.
Para la unión por hilo, en general, funciona bien un recubrimiento de oro de un mínimo de 30 micropulgadas sobre una capa de níquel de 200 micropulgadas. Por lo general, se prefiere el oro blando. Los procesos con oro blando también se utilizan en placas diseñadas para la fijación de chips semiconductores (matrices). Estas características cumplen con los tipos I y III de la norma MIL-G-45204.
Andy Mackie:¿Cuáles son las diferencias entre las capas de oro depositadas mediante los procesos de baño de oro y de galvanoplastia?
Lenora Toscano: Hay cinco diferencias principales:
- El espesor del recubrimiento es diferente. El oro por inmersión es una reacción de desplazamiento: el oro desplaza el níquel de la superficie y es un proceso autolimitado, ya que la superficie de níquel queda recubierta por el oro por inmersión. Los baños habituales no pueden producir espesores mucho superiores a las 10 micropulgadas, mientras que, en el caso del oro galvanizado, el espesor depende de la corriente y del tiempo. Cuanto mayor sea la corriente o más prolongado sea el tiempo de galvanización, más grueso será el recubrimiento de oro.
- La estructura de las capas del yacimiento de oro es diferente. El oro electrochapado es más denso que el depósito por inmersión, que es poroso por naturaleza.
- La dureza suele variar. El oro galvanizado suele contener otros metales en el recubrimiento que hacen que el depósito sea más duro.
- La porosidad es diferente. Los recubrimientos por inmersión presentan mayor porosidad que los recubrimientos electroquímicos; es una característica inherente al sistema de recubrimiento.
- La composición del depósito (pureza) varía en función de los aditivos presentes en el baño. Los baños de inmersión de oro contienen oro como único metal de recubrimiento, mientras que los sistemas de galvanoplastia pueden introducir pequeñas cantidades de otros metales.
Andy Mackie: ¿Qué grosor debe tener el recubrimiento de oro para proteger completamente la superficie subyacente? ¿Y cuáles son las desventajas que deben asumir los clientes cuando intentan reducir sus costes en oro?
Lenora Toscano: Según la especificación IPC-4552 ENIG, el valor mínimo recomendado es de 1,97 micropulgadas con una desviación de ±4 sigma respecto a la media, siendo lo habitual un valor de entre 3 y 5 micropulgadas.
El depósito de oro por inmersión es poroso por definición. Ofrece una protección muy buena al níquel subyacente, pero con el paso del tiempo la porosidad del depósito provoca la pasivación de la superficie del níquel y las fuerzas de humectación se verán reducidas. Por supuesto, este proceso tardará años en producirse, pero si el recubrimiento de oro es demasiado fino (por debajo del requisito mínimo), se producirá antes y afectará a la soldabilidad.
Andy Mackie: ¿Qué ventaja tiene el oro frente a la plata u otros metales?
Lenora Toscano: Una vez más , el oro presenta una buena resistencia al deslustre y una buena soldabilidad tras el almacenamiento, ya que no forma óxidos ni hidróxidos, por lo que no se ve afectado por la temperatura ni por las condiciones de almacenamiento que podrían reducir la vida útil de otros acabados. Cumple los requisitos para el montaje sin plomo (Pb-free) y, al mismo tiempo, ofrece una superficie coplanar que es soldable y apta para la unión con alambre de aluminio y de oro.
El oro tiene una buena conductividad eléctrica y forma una superficie de contacto con baja resistencia eléctrica. El oro galvanizado también es un excelente material resistente al grabado.
La plata galvanizada no se utiliza de forma generalizada en la industria de los circuitos impresos. En determinadas condiciones de potencial eléctrico y humedad, la plata migra a lo largo de la superficie del depósito y a través del cuerpo del aislante, lo que da lugar a vías de fuga de baja resistencia. Los baños alcalinos de cianuro utilizados para la galvanización de la plata son altamente tóxicos.
La plata de inmersión es propensa a sufrir problemas si no se almacena y se envasa correctamente. Los materiales de embalaje que contengan azufre o que permitan la exposición al aire provocarán el deslustre de la superficie (formación de sulfuros, sulfatos y cloruros). Unos niveles elevados de contaminación superficial pueden afectar negativamente a la soldabilidad.
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Lenora, muchas gracias por tu tiempo y por compartir tus conocimientos con nosotros.
Salud Andy
