Un circuit imprimé plaqué or est un circuit imprimé sur lequel un revêtement nickel-or est déposé à la surface de la feuille de cuivre par galvanoplastie. Ce procédé vise principalement à améliorer la résistance à l’usure, la résistance à la corrosion et la conductivité électrique du circuit, tout en optimisant les performances de transmission des signaux à haute fréquence.
Principes du procédé de placage à l’or
Le procédé de placage à l’or consiste principalement à déposer par électrolyse une couche d’or sur la surface du circuit imprimé. Dans la cellule d’électrolyse, le circuit imprimé sert de cathode et l’or d’anode. Dans un électrolyte contenant des ions or (tel qu’une solution de cyanure d’or et de potassium), les ions or reçoivent des électrons à la cathode, sont réduits en atomes d’or et se déposent à la surface du circuit imprimé. L’équation chimique de cette réaction est : Au³⁺ + 3e⁻ → Au.
Le placage à l’or peut être divisé en deux catégories : l’or dur et l’or tendre. Le placage à l’or dur consistant essentiellement en un alliage (c’est-à-dire un mélange d’or et d’autres métaux), il est relativement dur et convient aux applications soumises à des contraintes et à des frottements. Dans l’industrie électronique, il est généralement utilisé pour les contacts périphériques des circuits imprimés (communément appelés « doigts d’or »). L’or tendre, en revanche, est généralement utilisé pour souder des fils d’aluminium sur des assemblages COB (Chip On Board), ou comme surface de contact pour les boutons de téléphones portables ; récemment, il a été largement utilisé sur les deux faces des cartes de support BGA.
L’objectif fondamental de la galvanoplastie est de déposer de l’or sur la couche de cuivre d’un circuit imprimé. Cependant, le contact direct entre l’or et le cuivre provoque une réaction physique appelée migration et diffusion d’électrons (due à la différence de potentiel entre les deux métaux). Par conséquent, une couche de nickel doit d’abord être déposée par électrolyse pour servir de barrière, sur laquelle l’or est ensuite déposé. Ainsi, ce que l’on appelle communément « placage à l’or » devrait techniquement être appelé « placage nickel-or ».
Or dur et or tendre
La distinction entre l’or dur et l’or tendre réside dans la composition de la couche d’or finale. Lors du placage, on peut choisir d’appliquer soit de l’or pur, soit un alliage. L’or pur étant relativement tendre, on l’appelle « or tendre ». L’or formant un bon alliage avec l’aluminium, des exigences spécifiques sont souvent imposées concernant l’épaisseur de cette couche d’or pur lors de la soudure de fils d’aluminium sur des COB.
De plus, si l’on opte pour un alliage or-nickel ou un alliage or-cobalt, ces alliages étant plus durs que l’or pur, on les appelle « or dur ». Procédés de placage pour l’or tendre et l’or dur : Or tendre : Décapage à l’acide → Placage au nickel → Placage à l’or pur Or dur : Décapage à l’acide → Placage au nickel → Pré-placage à l’or (flash gold) → Placage à l’alliage or-nickel ou or-cobalt
Plaquage chimique à l’or
Le terme « placage chimique à l’or » est le plus souvent utilisé pour désigner la méthode de traitement de surface ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold). Son avantage réside dans la capacité à déposer du nickel et de l’or sur un substrat en cuivre sans avoir recours au processus complexe de galvanoplastie ; de plus, la surface est plus lisse que celle de l’or galvanoplastié, ce qui est particulièrement important pour les composants et assemblages électroniques de plus en plus miniaturisés qui exigent une grande planéité de surface (pas fin).
Comme l’ENIG utilise une méthode de déplacement chimique pour créer la couche superficielle d’or, l’épaisseur maximale de cette couche ne peut, en principe, égaler celle de l’or électroplaqué ; de plus, la teneur en or diminue à mesure que l’on s’enfonce dans la couche. Comme elle repose sur le principe du déplacement, la couche d’or ENIG est de l’« or pur » ; par conséquent, elle est souvent classée comme un type d’« or tendre ».
Certains l’utilisent également comme traitement de surface pour les fils de liaison en aluminium COB, mais des exigences strictes doivent être respectées pour que l’épaisseur de la couche d’or soit d’au moins 3 à 5 micropouces (μ‘). En général, il est difficile d’obtenir une épaisseur d’or chimique supérieure à 5 μ”, car une couche d’or trop fine compromet l’adhérence des fils d’aluminium ; alors que l’or électrolytique standard peut facilement atteindre une épaisseur de 15 micro-pouces (μ”) ou plus, bien que le coût augmente proportionnellement à l’épaisseur de la couche d’or.
Flash Gold
Le terme « Flash Gold » vient du mot anglais « Flash », qui signifie « placage rapide à l’or ». En réalité, il s’agit d’un « processus de pré-placage » destiné au placage à l’or dur. En référence à la « description du procédé de nickelage-dorure » mentionnée précédemment, ce procédé utilise un courant plus élevé et un bain à plus forte concentration en or pour former d’abord une couche d’or à grain plus fin mais plus mince à la surface de la couche de nickel, facilitant ainsi le placage ultérieur d’alliages or-nickel ou or-cobalt.
Certaines personnes, constatant que cette méthode permet de produire des circuits imprimés plaqués or à moindre coût et en moins de temps, ont commencé à commercialiser des « circuits imprimés flash-gold ». Comme le « flash-gold » omet le processus de placage d’or ultérieur, son coût est nettement inférieur à celui des circuits imprimés véritablement plaqués or. Cependant, la couche d’or étant extrêmement fine, elle ne parvient généralement pas à recouvrir efficacement toute la couche de nickel sous-jacente, ce qui rend le circuit imprimé plus sensible à l’oxydation s’il est stocké trop longtemps, ce qui affecte à son tour la soudabilité.
Applications des circuit imprimé plaqués or
1.Électronique grand public : garantir les performances des téléphones portables et des ordinateurs
Broches de connecteurs sur les cartes mères de téléphones portables (telles que les ports de chargement et les emplacements pour cartes SIM) : celles-ci sont soumises à un procédé de galvanoplastie à l’or dur, résistant à l’usure et à la rouille, garantissant une connexion électrique stable même après des milliers d’insertions et de retraits.
Joints de soudure BGA sur les processeurs d’ordinateurs : ceux-ci utilisent un placage électrochimique nickel-or (ENIG, une technique courante de traitement de surface des circuits imprimés).
La surface lisse et non oxydante garantit une soudure précise entre la puce et la carte mère, évitant ainsi les ralentissements ou les écrans bleus.
Broches de capteurs sur les montres connectées : une fine couche d’or protège contre la corrosion due à la transpiration, prolongeant la durée de vie de l’appareil et garantissant son bon fonctionnement même lors d’une activité physique intense.
2.Électronique automobile : le « stabilisateur » dans les environnements extrêmes
Systèmes de gestion de batterie (BMS) dans les véhicules à énergie nouvelle : le placage en or résiste à des températures allant de -40 °C à 125 °C et à la corrosion par brouillard salin, ce qui le rend parfaitement adapté aux conditions difficiles du compartiment moteur.
Circuits imprimés radar pour la conduite autonome : l’excellente conductivité de l’or réduit la perte de signal, permettant une détection radar plus précise et évitant les erreurs d’appréciation.
Points de connexion pour les systèmes de divertissement embarqués : le placage en or résistant à l’usure supporte des branchements et débranchements fréquents, garantissant que les connexions restent sûres même lors de trajets cahoteux.
3.Dispositifs médicaux : la « ligne de défense invisible » pour la sécurité des personnes
Circuits imprimés de commande pour appareils d’IRM : le placage à l’or garantit la stabilité du signal même sous l’effet de champs magnétiques puissants, assurant ainsi la précision des données diagnostiques.
Zones de connexion des électrodes dans les dispositifs implantables (tels que les stimulateurs cardiaques) : on utilise de l’or mou de haute pureté, qui offre une excellente biocompatibilité et une conductivité durable, empêchant ainsi le rejet du dispositif par l’organisme.
Contacts de test dans les glucomètres : le placage en or empêche la corrosion due au sang, garantissant une transmission rapide des signaux bioélectriques à chaque test.
4.Secteurs haut de gamme : la « colonne vertébrale » de l’aérospatiale et des communications 5G
Circuits imprimés haute fréquence dans les stations de base 5G : le placage en or réduit l’atténuation du signal, permettant des vitesses plus élevées et une couverture plus étendue, même pour la transmission par ondes millimétriques.
Circuits imprimés de communication dans les satellites : une couche de placage en or de 1 à 5 micromètres d’épaisseur résiste aux rayonnements spatiaux et aux fluctuations extrêmes de température, garantissant une transmission fiable des signaux vers la Terre.
Bornes de raccordement pour capteurs industriels : le placage en or résiste à la poussière et à l’humidité, garantissant la précision des données même lors d’un fonctionnement à long terme en milieu industriel.
Avantages des circuits imprimés plaqués or :
1.Meilleure conductivité
L’or possède une excellente conductivité électrique. Le placage à l’or forme une couche métallique conductrice au niveau des connexions du circuit sur le circuit imprimé, ce qui améliore considérablement la conductivité du circuit. Cela permet de réduire la résistance aux jonctions du circuit, de minimiser la perte de signal et d’améliorer la stabilité et la fiabilité de la transmission du signal.
2.Prévention de l’oxydation et de la corrosion
La couche de placage en or possède une excellente stabilité chimique, résistant à l’oxydation et à la corrosion. Cela protège le circuit imprimé contre l’érosion causée par des substances nocives présentes dans l’environnement extérieur, telles que l’humidité, le brouillard salin et les gaz chimiques, prolongeant ainsi sa durée de vie.
3.Amélioration des performances de soudage
Des couches d’oxydation peuvent se former sur les surfaces métalliques pendant le processus de soudage, affectant la qualité de la soudure. La couche de placage en or réduit l’épaisseur de la couche d’oxydation superficielle, améliorant ainsi la fiabilité et la résistance du joint de soudure. De plus, la couche de placage en or assure un meilleur contact de soudage, réduit les contraintes thermiques pendant le processus de soudage et minimise l’apparition de défauts de soudage.
4.Amélioration de l’aspect esthétique
Le placage à l’or confère un éclat métallique à la surface des circuits imprimés, ce qui améliore leur aspect esthétique et la qualité du produit, tout en renforçant la compétitivité de ce dernier sur le marché.
5.Réponse à des exigences spécifiques
Dans certains produits électroniques haut de gamme, les exigences en matière de conductivité, de résistance à la corrosion, de soudabilité et de qualité visuelle des circuits imprimés sont plus élevées. En tant que technologie de traitement de surface efficace, le placage à l’or est capable de répondre à ces exigences spécifiques.
6.Relever les défis liés à la qualité de la soudure
À mesure que l’intégration des produits électroniques s’accroît et que la densité des broches des circuits intégrés augmente, la technologie traditionnelle de projection verticale d’étain peine à relever les défis liés à la soudure de pastilles fines. La technologie de placage à l’or offre des performances et une fiabilité de soudure supérieures, réduisant ainsi l’apparition de défauts de soudure tels que les joints de soudure froids.
Grâce à leur excellente conductivité, leur résistance à la corrosion et leur fiabilité de soudage, les circuits imprimés plaqués or sont désormais largement utilisés dans les secteurs de l’électronique grand public, de l’automobile, du médical et de l’aérospatiale. À mesure que les produits électroniques évoluent vers des fréquences plus élevées et une plus grande précision, les procédés de placage à l’or évoluent également en permanence pour répondre à des exigences de performance de plus en plus strictes.
