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PCB-Oberflächenbeschaffenheit

Oberflächenfinish Typischer Wert Anbieter
Freiwillige Feuerwehr 0,3–0,55 µm, 0,25–0,35 µm Enthone
Shikoku-Chemikalie
ZUSTIMMEN Oder: 0,03–0,12 µm, Ni: 2,5–5 µm ATO-Technik/Chuang Zhi
Selektive ENIG Oder: 0,03–0,12 µm, Ni: 2,5–5 µm ATO-Technik/Chuang Zhi
REKTOR Au: 0,05–0,125 µm, Pd: 0,05–0,3 µm, Chuang Zhi
In: 3~10um
Hartes Gold Au: 0,127–1,5 µm, Ni: mindestens 2,5 µm Zahler/EEJA
Weiches Gold Au: 0,127–0,5 um, Ni: mindestens 2,5 um EJA
Immersionszinn Min.: 1um Enthone / ATO-Tech
Immersionssilber 0,127 ~ 0,45 um Macdermid
Bleifreies HASL 1~25um Nihon Superior

Da Kupfer in Form von Oxiden in der Luft vorliegt, beeinträchtigt es die Lötbarkeit und elektrische Leistung von Leiterplatten erheblich. Daher ist es notwendig, die Oberflächenveredelung von Leiterplatten durchzuführen. Wenn die Oberfläche von Leiterplatten nicht veredelt ist, kann es leicht zu virtuellen Lötproblemen kommen, und im schlimmsten Fall können Lötpads und Bauteile nicht gelötet werden. Unter PCB-Oberflächenveredelung versteht man den Prozess der künstlichen Bildung einer Oberflächenschicht auf einer PCB. Der Zweck der Leiterplattenoberfläche besteht darin, sicherzustellen, dass die Leiterplatte eine gute Lötbarkeit oder elektrische Leistung aufweist. Es gibt viele Arten der Oberflächenveredelung für Leiterplatten.
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Heißluft-Lötnivellierung (HASL)

Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem geschmolzenes Zinn-Blei-Lot auf die Oberfläche einer Leiterplatte aufgetragen, mit erhitzter Druckluft flachgedrückt (geblasen) wird und eine Beschichtungsschicht entsteht, die sowohl gegen Kupferoxidation beständig ist als auch eine gute Lötbarkeit bietet. Dabei gilt es folgende wichtige Parameter zu beherrschen: Löttemperatur, Heißluftmessertemperatur, Heißluftmesserdruck, Eintauchzeit, Hubgeschwindigkeit usw.

Vorteil von HASL
1. Längere Lagerzeit.
2. Gute Padbenetzung und Kupferabdeckung.
3. Weit verbreiteter bleifreier (RoHS-konformer) Typ.
4. Ausgereifte Technologie, niedrige Kosten.
5. Sehr gut geeignet für Sichtprüfung und elektrische Prüfung.

Schwäche von HASL
1. Nicht zum Drahtbonden geeignet.
2. Aufgrund des natürlichen Meniskus des geschmolzenen Lots ist die Ebenheit schlecht.
3. Gilt nicht für kapazitive Berührungsschalter.
4. Für besonders dünne Panels ist HASL möglicherweise nicht geeignet. Die hohe Temperatur des Bades kann zu einer Verformung der Leiterplatte führen.

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2. Freiwillige Feuerwehr
OSP ist die Abkürzung für Organic Solderability Preservative, auch bekannt als Per-Lot. Kurz gesagt, OSP wird auf die Oberfläche von Kupferlötpads gesprüht, um einen Schutzfilm aus organischen Chemikalien zu bilden. Dieser Film muss Eigenschaften wie Oxidationsbeständigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweisen, um die Kupferoberfläche in normalen Umgebungen vor Rost (Oxidation oder Vulkanisation usw.) zu schützen. Beim anschließenden Hochtemperaturlöten muss dieser Schutzfilm jedoch durch das Flussmittel schnell entfernt werden können, damit sich die freigelegte saubere Kupferoberfläche sofort mit dem geschmolzenen Lot verbinden und in kürzester Zeit eine feste Lötverbindung bilden kann. Mit anderen Worten: Die Rolle von OSP besteht darin, als Barriere zwischen Kupfer und Luft zu fungieren.

Vorteil von OSP
1. Einfach und erschwinglich; Bei der Oberflächenveredelung handelt es sich lediglich um eine Sprühbeschichtung.
2. Die Oberfläche des Lötpads ist sehr glatt und weist eine mit ENIG vergleichbare Ebenheit auf.
3. Bleifrei (konform mit RoHS-Standards) und umweltfreundlich.
4. Nacharbeitbar.

Schwäche von OSP
1. Schlechte Benetzbarkeit.
2. Aufgrund der klaren und dünnen Beschaffenheit der Folie ist es schwierig, die Qualität durch visuelle Inspektion und Online-Tests zu messen.
3. Kurze Lebensdauer, hohe Anforderungen an Lagerung und Handhabung.
4. Schlechter Schutz für durchkontaktierte Löcher.

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Immersionssilber

Silber hat stabile chemische Eigenschaften. Die mit der Silberimmersionstechnologie bearbeitete Leiterplatte kann auch dann noch eine gute elektrische Leistung bieten, wenn sie hohen Temperaturen, feuchter und verschmutzter Umgebung ausgesetzt ist, und behält eine gute Lötbarkeit bei, auch wenn sie möglicherweise ihren Glanz verliert. Immersionssilber ist eine Verdrängungsreaktion, bei der eine Schicht aus reinem Silber direkt auf Kupfer abgeschieden wird. Manchmal wird Tauchsilber mit OSP-Beschichtungen kombiniert, um zu verhindern, dass Silber mit Sulfiden in der Umgebung reagiert.

Vorteil von Immersionssilber
1. Hohe Lötbarkeit.
2. Gute Oberflächenebenheit.
3. Niedrige Kosten und bleifrei (konform mit RoHS-Standards).
4. Gilt für Al-Drahtbonden.

Schwäche von Immersionssilber
1. Hoher Lagerbedarf und leichte Verschmutzung.
2. Kurze Montagezeit nach Entnahme aus der Verpackung.
3. Es ist schwierig, elektrische Tests durchzuführen.

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Immersionszinn

Da alle Lote auf Zinn basieren, kann die Zinnschicht zu jeder Art von Lot passen. Nach Zugabe organischer Additive zur Zinn-Tauchlösung weist die Zinnschichtstruktur eine körnige Struktur auf, wodurch die durch Zinnwhisker und Zinnmigration verursachten Probleme überwunden werden und gleichzeitig eine gute thermische Stabilität und Lötbarkeit erzielt werden.
Mit dem Immersionszinn-Verfahren können flache intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindungen gebildet werden, um Immersionszinn eine gute Lötbarkeit zu verleihen, ohne dass es zu Problemen mit der Ebenheit oder der Diffusion intermetallischer Verbindungen kommt.

Vorteil von Immersionszinn
1. Anwendbar auf horizontale Produktionslinien.
2. Anwendbar für die Feindrahtverarbeitung und bleifreies Löten, insbesondere für Crimpprozesse.
3. Die Ebenheit ist sehr gut, anwendbar auf SMT.

Schwäche von Immersionszinn
1. Hoher Speicherbedarf, kann dazu führen, dass Fingerabdrücke ihre Farbe ändern.
2. Zinnwhisker können zu Kurzschlüssen und Lötstellenproblemen führen und dadurch die Haltbarkeit verkürzen.
3. Es ist schwierig, elektrische Tests durchzuführen.
4. Der Prozess beinhaltet Karzinogene.

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ZUSTIMMEN

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) ist eine weit verbreitete Oberflächenbeschichtung, die aus zwei Metallschichten besteht, bei der Nickel direkt auf Kupfer abgeschieden wird und anschließend durch Verdrängungsreaktionen Goldatome auf Kupfer plattiert werden. Die Dicke der Nickel-Innenschicht beträgt im Allgemeinen 3–6 µm und die Abscheidungsdicke der Gold-Außenschicht beträgt im Allgemeinen 0,05–0,1 µm. Das Nickel bildet eine Barriereschicht zwischen Lot und Kupfer. Die Funktion von Gold besteht darin, die Nickeloxidation während der Lagerung zu verhindern und dadurch die Haltbarkeit zu verlängern. Durch das Immersionsgoldverfahren kann jedoch auch eine hervorragende Oberflächenebenheit erzielt werden.
Der Verarbeitungsablauf von ENIG ist: Reinigung -> Ätzen -> Katalysator -> chemische Vernickelung -> Goldabscheidung -> Reinigungsrückstände

Vorteil von ENIG
1. Geeignet für bleifreies (RoHS-konformes) Löten.
2. Ausgezeichnete Oberflächenglätte.
3. Lange Haltbarkeit und langlebige Oberfläche.
4. Geeignet für Al-Drahtbonden.

Schwäche von ENIG
1. Teuer wegen der Verwendung von Gold.
2. Komplexer Prozess, schwer zu kontrollieren.
3. Leicht zu erzeugendes Black-Pad-Phänomen.

Elektrolytisches Nickel/Gold (Hartgold/Weichgold)

Elektrolytisches Nickelgold wird in „Hartgold“ und „Weichgold“ unterteilt. Hartgold hat eine geringe Reinheit und wird häufig in Goldfingern (PCB-Randsteckverbindern), PCB-Kontakten oder anderen verschleißfesten Bereichen verwendet. Die Dicke des Goldes kann je nach Bedarf variieren. Weichgold hat eine höhere Reinheit und wird häufig beim Drahtbonden verwendet.

Vorteil von elektrolytischem Nickel/Gold
1. Längere Haltbarkeit.
2. Geeignet für Kontaktschalter und Drahtbonden.
3. Hartgold ist für elektrische Prüfungen geeignet.
4. Bleifrei (RoHS-konform)

Schwäche von elektrolytischem Nickel/Gold
1. Teuerste Oberflächenveredelung.
2. Für die Galvanisierung von Goldfingern sind zusätzliche leitende Drähte erforderlich.
3. Gold hat eine schlechte Lötbarkeit. Aufgrund der Golddicke sind dickere Schichten schwieriger zu löten.

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REKTOR

Für die Oberflächenveredelung von Leiterplatten wird zunehmend stromloses Nickel, stromloses Palladium-Immersionsgold oder ENEPIG verwendet. Im Vergleich zu ENIG fügt ENEPIG eine zusätzliche Palladiumschicht zwischen Nickel und Gold hinzu, um die Nickelschicht zusätzlich vor Korrosion zu schützen und die Bildung schwarzer Pads zu verhindern, die sich bei der ENIG-Oberflächenveredelung leicht bilden. Die Abscheidungsdicke von Nickel beträgt etwa 3–6 µm, die Dicke von Palladium beträgt etwa 0,1–0,5 µm und die Dicke von Gold beträgt 0,02–0,1 µm. Obwohl die Golddicke geringer ist als bei ENIG, ist ENEPIG teurer. Der jüngste Rückgang der Palladiumkosten hat den Preis von ENEPIG jedoch erschwinglicher gemacht.

Vorteil von ENEPIG
1. Hat alle Vorteile von ENIG, kein Black-Pad-Phänomen.
2. Geeigneter für Drahtbonden als ENIG.
3. Keine Korrosionsgefahr.
4. Lange Lagerzeit, bleifrei (RoHS-konform)

Schwäche von ENEPIG
1. Komplexer Prozess, schwer zu kontrollieren.
2. Hohe Kosten.
3. Es ist eine relativ neue Methode und noch nicht ausgereift.