Hace unos días ayudé a un amigo a revisar la captura de pantalla de su primer pedido de una placa de cuatro capas. Me preguntó qué acabado superficial debía elegir: el OSP no costaba nada, el ENIG costaba unas decenas de yuanes más; ¿lo que cuesta más siempre es mejor?
También yo me quedé confundido con esa pregunta en su día. Las fábricas de PCB convierten el acabado superficial en una opción de pago, y parece como elegir entre un protector de pantalla de móvil HD o mate; pero en realidad determina si la placa será fácil de soldar, cuánto tiempo se podrá almacenar y si un BGA saldrá bien.
Aprovechando este caso, repasemos los procesos más habituales. Así, la próxima vez que hagas un pedido no tendrás que tirar una moneda.
1. Primero, aclaremos qué protege esta capa
Los pads de una PCB son de cobre. El cobre es muy reactivo: si queda expuesto al aire, empieza a cambiar de color en pocas horas. Después de uno o dos meses, la superficie se cubre de óxido de cobre y carbonato básico de cobre; se vuelve negra o verdosa, y por mucho que le metas el soldador, la soldadura no se adhiere.
Por eso, las zonas de pad que el solder mask verde no cubre deben recibir otra capa antes de salir de fábrica. Esa capa aísla el cobre del aire y luego desaparece por sí sola durante la soldadura. Algunos procesos depositan metal y otros aplican una película orgánica; de ahí surgen las distintas opciones que veremos a continuación.
2. OSP, parece como si no se hubiera aplicado ningún acabado
OSP significa Organic Solderability Preservative, es decir, película orgánica protectora de soldabilidad. Su principio consiste en hacer que compuestos orgánicos tipo azol reaccionen con la superficie de cobre formando un complejo y generando una película transparente de 0,2~0,5 micras.
Cuando recibes la placa, los pads tienen color cobre. La primera vez que usé OSP pensé que la fábrica se había saltado un proceso y me puse a mirar la placa a contraluz durante un buen rato.
Conviene entender la lógica de vida útil de esta capa. Su objetivo de diseño es acompañar a la placa hasta un único paso de soldadura por reflujo. El fundente y la alta temperatura descomponen la película, dejando al descubierto el cobre fresco para completar la soldadura. Por eso, el OSP solo aguanta una o dos pasadas de reflujo; la segunda ya es justa, y la tercera prácticamente es ir desnudo. Con montaje SMT por ambas caras y una reparación, ya se llega al límite.
El almacenamiento también exige cuidado. Sin abrir la bolsa al vacío puede aguantar de tres a seis meses; una vez abierta, lo ideal es montar todo en 24 a 48 horas. Si la dejas en la mesa de trabajo cogiendo polvo durante dos semanas y luego quieres soldarla, ni el fundente la salvará.
Sus ventajas son directas. Es lo más barato; ahora mismo la gama gratuita de JLCPCB usa OSP. La película mide solo unas décimas de micra, por lo que la planitud es naturalmente buena y los pasos finos no suponen problema. Además, al ser transparente, la inspección visual no puede determinar si está bien o mal; esto puede considerarse una ventaja y un defecto. La desventaja es que no puedes saber si sigue viva.
Quien suelda a mano tiene opiniones muy divididas sobre el OSP. En mi experiencia, la primera soldadura tarda un poco en mojar; añadiendo un poco más de fundente vuelve a la normalidad. Quien está acostumbrado al HASL puede encontrarlo incómodo al cambiar.
3. HASL, el amor platónico de quienes sueldan con soldador
El HASL, Hot Air Solder Leveling, se conoce en chino como estañado por nivelación con aire caliente. Consiste en sumergir la placa en una cuba de estaño fundido y luego usar aire caliente para soplar el exceso y nivelar la superficie, dejando una capa real de estaño sobre los pads.
El proceso con plomo usa Sn63/Pb37, con punto de fusión de 183 °C. El sin plomo utiliza aleaciones de estaño-plata-cobre como SAC, con punto de fusión alrededor de 217 °C, y deja una superficie más mate y algo más rugosa.
La soldabilidad del HASL es insuperable: la superficie ya es estaño, de la misma familia que la soldadura, así que en cuanto toca el soldador, moja enseguida. La vida útil puede llegar a alrededor de un año, aguanta dos o tres reflujos, es amable con las reparaciones y no duele tanto si se raya. Durante muchos años fue la opción dominante.
Pero sus defectos también son evidentes. Donde el aire caliente no nivela bien pueden quedar picos y hoyos de estaño; la superficie presenta ondulaciones visibles a simple vista y, vista con reflejos, parece una ola. En BGA o QFN con paso inferior a 0,5 mm, esta superficie puede causar problemas: la cantidad de estaño en los pads de ambos lados no será igual y, durante el reflujo, el componente puede quedar torcido. El espesor tampoco es uniforme: en las zonas delgadas hay una o dos micras, y en las gruesas puede llegar a decenas de micras. Además, toda la placa pasa por una cuba de estaño a alta temperatura, lo que somete el sustrato a un choque térmico; las placas grandes o delgadas pueden deformarse.
Hay otro punto: el HASL con plomo no cumple RoHS, así que no lo elijas si vas a exportar.
Un detalle contraintuitivo: en los últimos dos años, JLCPCB ha retirado prácticamente el HASL de sus prototipos gratuitos y pedidos estándar, sustituyéndolo por OSP. La razón oficial es que las quejas por mala adherencia de soldadura en HASL son mucho más frecuentes que en OSP. Al principio yo tampoco lo entendía: ¿cómo iba el HASL a soldarse mal? Luego lo comprendí: en la línea de producción SMT, la oxidación de la superficie de estaño y los problemas de escoria del estaño sin plomo causan más fallos. Que sea bueno para soldar a mano y que sea bueno para máquinas son dos cosas distintas. El verdadero amor de quien usa soldador y la opción preferida de una línea SMT pueden no ser el mismo acabado superficial.
4. ENIG, si cuesta más es por algo
ENIG, Electroless Nickel Immersion Gold, se conoce como niquelado químico y baño de oro por inmersión. Tiene una estructura de dos capas: primero se depositan químicamente 3~6 micras de níquel como base y luego se sumerge la placa en una capa fina de oro de 0,05~0,1 micras.
El papel del oro es el de guardaespaldas; el níquel es el verdadero protagonista. El oro protege del oxígeno durante el almacenamiento y, al soldar, se disuelve en la soldadura; en realidad, quien forma la junta soldada es el níquel que queda debajo.
Las placas ENIG son doradas y tienen una planitud excelente, por lo que son la opción estándar para componentes de paso fino. La vida útil puede llegar a doce meses, aguanta más de tres reflujos sin problema y permite sin esfuerzo procesos de montaje por ambas caras con reparación. En JLCPCB, la opción de prototipos con sobrecoste es esta: en una placa de 10x10, pagar unas decenas de yuanes más es comprar tranquilidad.
También tiene una trampa: el black pad, o pads negros.
El baño de oro por inmersión es una reacción de desplazamiento: los iones de oro sustituyen a los átomos de níquel. Si el baño químico no se controla bien, la superficie de níquel se corroe en exceso y se forma una capa de níquel negro rico en fósforo. Estos pads se ven perfectamente normales, brillan como el oro, pero al soldar se descubre el problema: las juntas quedan quebradizas, se desprenden al doblarlas y la fractura se ve negra. Uno de los criterios de diagnóstico es que el contenido de fósforo en la fractura supere el 15 %. La probabilidad de caer en esto no es alta, pero cuando ocurre es por lotes: se estropea toda una hornada, no se puede reparar y hay que descartar el lote entero. En ámbitos como militar o médico, donde no se puede apostar, se paga más por ENEPIG para resolverlo de raíz; hablaremos de ello más adelante.
También hay que hacer números en alta frecuencia. La resistividad del níquel es más de cuatro veces la del cobre y, además, tiene ferromagnetismo. La profundidad de penetración a 1 GHz es de unas 2 micras, y a 10 GHz queda en 0,66 micras; como la capa de oro es de menos de 0,1 micras, no puede bloquearlo. En las rutas de RF, gran parte de la corriente de los pads se mete en la capa de níquel, añadiendo de la nada unas décimas de dB de pérdida. Por eso, en placas de ondas milimétricas y fixtures de prueba de RF se evita el ENIG y se usa OSP o baño de plata. Gastar más dinero para estropear lo más importante es algo que ocurre con frecuencia en el mundo de la RF.
5. Tabla resumen
| Elemento | OSP | HASL | ENIG |
|---|---|---|---|
| Coste | Mínimo | Bajo | Alto |
| Planitud | Buena | Mala, con picos de estaño | Excelente |
| Soldabilidad | Media, mojado lento | La mejor | Buena |
| Vida útil | 3~6 meses | 6~12 meses | Unos 12 meses |
| Resistencia al reflujo | 1~2 veces | 2~3 veces | Más de 3 veces |
| BGA/QFN de paso fino | Válido | No recomendable | Primera opción |
| Pérdidas en alta frecuencia | Bajas | Medias | Algo altas en los pads |
| Riesgo principal | Fallo invisible de la película | Falta de planitud, choque térmico | Black pad |
6. Opciones menos frecuentes en la página de pedido, pero que encontrarás
Baño de plata. Se deposita una capa de plata pura de 0,1~0,4 micras. La conductividad eléctrica de la plata es incluso mayor que la del cobre; en mediciones reales, las líneas con baño de plata tienen solo uno o dos por ciento más de pérdida que la referencia, lo que las convierte en las más vistosas de todos los acabados. El coste se sitúa entre el OSP y el ENIG. Su problema es el azufre: los sulfuros del aire hacen que la superficie de plata se vuelva poco a poco amarillenta o negra. Aunque en la mayoría de los casos no afecta a la soldadura, la resistencia de contacto cambia, por lo que no conviene almacenarla durante mucho tiempo. Se usa mucho en placas digitales de alta velocidad y RF.
Baño de estaño. Se deposita aproximadamente 1 micra de estaño puro. Es plano, barato, comparte origen con la soldadura y moja extremadamente bien; los conectores de presión de los backplanes lo exigen expresamente. Tiene dos trampas. La primera son los whiskers de estaño: las capas de estaño puro tienden por naturaleza a crecer cristales en forma de pelos que, con el tiempo, pueden crear puentes entre pads de paso fino y provocar cortocircuitos; los productos de alta fiabilidad lo evitan. La segunda es que el estaño y el cobre siguen difundiéndose entre sí y generando compuestos intermetálicos; la capa de estaño puro se consume poco a poco, por lo que la vida útil también es corta. Lo ideal es usarla en menos de medio año. Sus pérdidas en alta frecuencia son bastante peores que las del baño de plata, ya que la resistividad del estaño es más de seis veces la del cobre.
ENEPIG, niquelado-paladio-baño de oro. Entre el níquel y el oro se añade una capa de paladio de 0,1~0,2 micras, separando el baño de oro del níquel; así se elimina el black pad desde el propio mecanismo. La capa de oro también permite el bonding con hilo de oro, propio de procesos COB y de ámbitos como militar y médico. Tiene un único defecto: es caro, así que casi no se ve en prototipos domésticos.
Oro duro galvanizado. Es una capa galvanizada de níquel y oro, con cobalto añadido al oro para endurecerla; el espesor parte de tres micras y está pensada específicamente para soportar desgaste por inserción y extracción. Los contactos dorados de módulos de memoria y tarjetas gráficas usan este acabado. Se deposita solo en las zonas necesarias; el resto de pads puede llevar ENIG u OSP. Galvanizar toda la placa con oro duro es tirar el dinero. Si tu placa tiene botones táctiles, contactos dorados o conectores de borde, recuérdalo en las notas del pedido.
7. Entonces, ¿cuál elijo?
Copia según el escenario.
| Tu caso | Acabado recomendado |
|---|---|
| Hay BGA o QFN de 0,4 mm de paso | ENIG |
| La placa se va a almacenar más de medio año antes de soldar | ENIG |
| Montaje SMT por ambas caras con reparación, más de dos reflujos | ENIG |
| Electrónica de consumo en producción, montaje único, coste muy ajustado | OSP |
| Prototipo de prueba, sin componentes de paso fino | OSP, gratis |
| Principalmente soldadura manual, reparaciones frecuentes | HASL, busca una fábrica que todavía lo ofrezca |
| RF y alta velocidad, PCIe, DDR5, ondas milimétricas | Baño de plata u OSP, evita el níquel |
| Contactos dorados, botones, zonas de inserción | Oro duro galvanizado, ENIG en el resto de pads |
| Bonding COB, alta fiabilidad | ENEPIG |
| Conector de presión en backplane | Baño de estaño |
Mi regla por defecto es: para prototipos de dos o cuatro capas sin BGA, OSP gratis; si hay BGA o la placa va a pasar por línea de producción, ENIG. Las decenas de yuanes adicionales cuestan muchísimo menos que reparar un BGA. Para placas que voy a soldar a mano, busco fábricas pequeñas que todavía ofrezcan HASL.
A partir de hoy, esa casilla de la página de pedido podrás marcarla casi con los ojos cerrados.
Fuentes de referencia · Anuncio oficial de JLCPCB sobre la sustitución de HASL por OSP en prototipos gratuitos · Explicación de JLCSC sobre ENIG y oro galvanizado · Comparativa de integridad de señal de acabados superficiales de Jiepei · Explicación detallada de acabados superficiales de NCAB · Análisis de fallo black pad en ENIG de 21ic