A utilização de camadas de ouro depositadas sobre níquel é prática comum em muitas indústrias, desde os conectores de extremidade dos módulos de memória DRAM, passando pelos contactos das sondas de teste elétrico, até às metalizações de chips de semicondutores de potência e às áreas de ligação por fio. Embora o papel do ouro na junta de solda final seja bem compreendido, quis saber mais sobre o processo de deposição de ouro com um especialista do setor, pelo que tive a oportunidade de discutir este assunto com Lenora Toscano, M.Sc., Gestora de Produtos de Acabamento Final da MacDermid.
Andy Mackie: Que papel desempenha o ouro na proteção das superfícies nos processos de montagem SMT e de semicondutores?
Lenora Toscano: O ouro não forma óxido; protege o níquel da oxidação ou da passivação. Uma superfície de níquel limpa apresenta uma soldabilidade muito elevada para a maioria dos tipos de solda, mas o seu óxido é muito difícil de remover com os tipos de fluxo padrão. Além disso, o ouro dissolve-se quase instantaneamente na maioria das soldas durante a montagem, promovendo assim uma molhabilidade superior.
Andy Mackie:Que normas existem relativamente à espessura do ouro para diferentes aplicações de montagem de componentes eletrónicos e semicondutores?
Lenora Toscano: A principal aplicação do revestimento ENIG (níquel sem corrente elétrica/ouro por imersão) é na tecnologia «chip-on-board» (COB), sendo que a espessura típica da camada de ouro por imersão no substrato HDI é de 3 a 5 micro-polegadas.
Os conectores de borda requerem normalmente a utilização de ouro duro. São utilizados revestimentos de ouro por processo ácido para cumprir a norma MIL-STD-275, que estipula que o ouro deve estar em conformidade com a norma MIL-G-45204, Tipo II, Classe 1. A espessura deve situar-se entre 50 e 100 micro-polegadas, sendo a espessura típica de 30 a 50 micro-polegadas sobre uma camada de níquel de 150 micro-polegadas.
Por outro lado, no caso das superfícies soldáveis, a espessura típica é de 5 a 15 micro-polegadas sobre uma camada de níquel de 150 micro-polegadas.
Para a ligação por fio, em geral, um revestimento de ouro com uma espessura mínima de 30 micro-polegadas sobre uma camada de níquel de 200 micro-polegadas funciona bem. O ouro macio é geralmente o preferido. Os processos com ouro macio também são utilizados em placas concebidas para a fixação de chips semicondutores (die). Estas características estão em conformidade com os Tipos I e III da norma MIL-G-45204.
Andy Mackie:Quais são as diferenças entre as camadas de ouro depositadas através dos processos de imersão em ouro e de galvanoplastia de ouro?
Lenora Toscano: Existem cinco diferenças principais:
- A espessura do revestimento é diferente. O ouro por imersão é uma reação de deslocamento, em que o ouro desloca o níquel da superfície, sendo um processo autolimitante à medida que a superfície de níquel é revestida com ouro por imersão. Os banhos comuns não conseguem produzir espessuras muito superiores a 10 micro-polegadas, enquanto que, no caso do ouro por galvanoplastia, a espessura depende da corrente e do tempo. Quanto maior for a corrente ou mais longo for o tempo de galvanoplastia, mais espesso será o revestimento de ouro.
- A estrutura das camadas do depósito de ouro é diferente. O ouro galvanizado é mais denso do que o depósito por imersão, que é naturalmente poroso.
- A dureza costuma ser diferente. O ouro galvanizado tem, frequentemente, outros metais incorporados no revestimento, o que torna o depósito mais duro.
- A porosidade é diferente. Os depósitos por imersão apresentam maior porosidade do que os depósitos por galvanoplastia; trata-se de uma característica inerente ao sistema de galvanização.
- A composição do depósito (pureza) varia consoante os aditivos presentes no banho. Os banhos de imersão de ouro contêm ouro como único metal de revestimento, enquanto os sistemas de galvanoplastia podem introduzir pequenas quantidades de outros metais.
Andy Mackie: Qual deve ser a espessura do ouro para proteger totalmente a superfície subjacente e quais são as desvantagens quando os clientes tentam reduzir os seus custos com o ouro?
Lenora Toscano: De acordo com a especificação IPC-4552 ENIG, 1,97 micro-polegadas é o valor mínimo recomendado, com uma variação de +/-4 sigma em relação à média, sendo que o valor típico situa-se entre 3 e 5 micro-polegadas.
O depósito de ouro por imersão é, por definição, poroso. Oferece, de facto, uma proteção muito boa ao níquel subjacente, mas, com o passar do tempo, a porosidade do depósito leva à passivação da superfície do níquel, o que reduz as forças de humedecimento. É claro que este processo demora anos a ocorrer, mas se o revestimento de ouro for demasiado fino (abaixo do requisito mínimo), ocorrerá mais cedo e afetará a soldabilidade.
Andy Mackie: Que vantagem tem o ouro em relação à prata ou a outros metais?
Lenora Toscano: Mais uma vez , o ouro apresenta boa resistência ao embaciamento e boa soldabilidade após o armazenamento, uma vez que não forma óxidos nem hidróxidos, pelo que não é afetado pela temperatura nem pelas condições de armazenamento que poderiam reduzir o prazo de validade dos outros acabamentos. Cumpre os requisitos para montagem sem chumbo (Pb-free), ao mesmo tempo que oferece uma superfície coplanar que é soldável e adequada para ligação com fios de alumínio e de ouro.
O ouro possui boa condutividade elétrica e proporciona uma superfície de contacto com baixa resistência elétrica. O ouro galvanizado é também um excelente material resistente à gravação.
A prata galvanizada não é amplamente utilizada na indústria dos circuitos impressos. Em determinadas condições de potencial elétrico e humidade, a prata migra ao longo da superfície do depósito e através do corpo do isolante, criando percursos de fuga de baixa resistência. Os banhos alcalinos de cianeto utilizados na galvanização da prata são altamente tóxicos.
A prata por imersão é suscetível a problemas se não for armazenada e, inclusive, embalada corretamente. Os materiais de embalagem que contenham enxofre ou permitam a exposição ao ar provocam o embaciamento da superfície (formação de sulfuretos, sulfatos e cloretos). Níveis elevados de contaminação da superfície podem afetar negativamente a soldabilidade.
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Lenora – muito obrigado pelo teu tempo e por partilhares os teus conhecimentos connosco.
Saúde! Andy
