Oberflächenbeschaffenheit der Leiterplatte
| Oberflächenbeschaffenheit | 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 |
| Selektives ENIG | Oder: 0,03–0,12 µm, Ni: 2,5–5 µm | ATO-Technik/Chuang Zhi |
| ENEPIK | Au: 0,05–0,125 µm, Pd: 0,05–0,3 µm | Chuang Zhi |
| Eingang: 3~10µm | ||
| Hartes Gold | Au: 0,127–1,5 µm, Ni: mindestens 2,5 µm | Zahler/EEJA |
| Zartes Gold | Au: 0,127–0,5 um, Ni: mindestens 2,5 um | FISCH |
| Tauchdose | Mindestens: 1 µm | Enthone / ATO-Technologie |
| Immersionssilber | 0,127–0,45 µm | Macdermid |
| Bleifreies HASL | 1–25 µm | Nihon Superior |
Da Kupfer in der Luft als Oxid vorliegt, beeinträchtigt es die Lötbarkeit und die elektrischen Eigenschaften von Leiterplatten erheblich. Daher ist eine Oberflächenveredelung von Leiterplatten unerlässlich. Unbehandelte Leiterplattenoberflächen können zu Problemen beim virtuellen Löten führen und im schlimmsten Fall das Löten von Lötpads und Bauteilen verhindern. Die Oberflächenveredelung von Leiterplatten bezeichnet das künstliche Aufbringen einer Oberflächenschicht. Ziel der Oberflächenveredelung ist es, eine gute Lötbarkeit bzw. elektrische Leistung der Leiterplatte zu gewährleisten. Es gibt verschiedene Arten der Oberflächenveredelung für Leiterplatten.
Heißluft-Lötnivellierung (HASL)
Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem geschmolzenes Zinn-Blei-Lot auf die Oberfläche einer Leiterplatte aufgetragen, mit erhitzter Druckluft geglättet und so eine Beschichtung gebildet wird, die sowohl beständig gegen Kupferoxidation ist als auch gute Lötbarkeit gewährleistet. Dabei müssen folgende wichtige Parameter beachtet werden: Löttemperatur, Temperatur und Anpressdruck des Heißluftmessers, Eintauchzeit, Abzugsgeschwindigkeit usw.
Vorteil von HASL
1. Längere Lagerzeit.
2. Gute Benetzung des Pads und Kupferabdeckung.
3. Weit verbreitete bleifreie (RoHS-konforme) Variante.
4. Ausgereifte Technologie, niedrige Kosten.
5. Sehr gut geeignet für Sichtprüfungen und elektrische Prüfungen.
Schwäche von HASL
1. Nicht geeignet für Drahtbonden.
2. Aufgrund des natürlichen Meniskus des geschmolzenen Lotes ist die Planheit schlecht.
3. Gilt nicht für kapazitive Berührungsschalter.
4. Für besonders dünne Leiterplatten ist HASL möglicherweise nicht geeignet. Die hohe Temperatur des Bades kann zu Verformungen der Leiterplatte führen.
2. Freiwillige Feuerwehr
OSP ist die Abkürzung für Organic Solderability Preservative (organisches Lötbarkeitserhaltungsmittel), auch bekannt als Lötmittel. Kurz gesagt, OSP wird auf die Oberfläche von Kupferlötpads aufgesprüht und bildet einen Schutzfilm aus organischen Chemikalien. Dieser Film muss oxidationsbeständig, temperaturschockbeständig und feuchtigkeitsbeständig sein, um die Kupferoberfläche in normaler Umgebung vor Rost (Oxidation, Vulkanisation usw.) zu schützen. Beim anschließenden Hochtemperaturlöten muss dieser Schutzfilm jedoch schnell und einfach mit Flussmittel entfernt werden können, damit die freigelegte, saubere Kupferoberfläche sich sofort mit dem geschmolzenen Lot verbindet und in kürzester Zeit eine feste Lötverbindung entsteht. Mit anderen Worten: OSP dient als Barriere zwischen Kupfer und Luft.
Vorteil von OSP
1. Einfach und preiswert; Die Oberflächenveredelung besteht lediglich aus einer Sprühbeschichtung.
2. Die Oberfläche des Lötpads ist sehr glatt und weist eine Ebenheit auf, die mit ENIG vergleichbar ist.
3. Bleifrei (entspricht den RoHS-Standards) und umweltfreundlich.
4. Überarbeitbar.
Schwäche von OSP
1. Schlechte Benetzbarkeit.
2. Aufgrund der klaren und dünnen Beschaffenheit des Films ist es schwierig, die Qualität durch visuelle Inspektion zu messen und Online-Tests durchzuführen.
3. Kurze Lebensdauer, hohe Anforderungen an Lagerung und Handhabung.
4. Unzureichender Schutz für durchkontaktierte Löcher.
Immersionssilber
Silber besitzt stabile chemische Eigenschaften. Leiterplatten, die mit Silberimmersionstechnologie hergestellt werden, weisen auch unter hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und in verschmutzter Umgebung gute elektrische Eigenschaften auf und behalten ihre Lötbarkeit, selbst wenn sie ihren Glanz verlieren. Bei der Immersionssilberung handelt es sich um eine Verdrängungsreaktion, bei der eine Schicht aus reinem Silber direkt auf Kupfer abgeschieden wird. Manchmal wird Immersionssilber mit OSP-Beschichtungen kombiniert, um die Reaktion des Silbers mit Sulfiden in der Umgebung zu verhindern.
Vorteil von Immersionssilber
1. Hohe Lötbarkeit.
2. Gute Oberflächenebenheit.
3. Kostengünstig und bleifrei (entspricht den RoHS-Standards).
4. Anwendbar auf das Bonden von Aluminiumdrähten.
Schwäche des Immersionssilbers
1. Hoher Lagerbedarf und hohe Verschmutzungsanfälligkeit.
2. Kurzes Zeitfenster für die Montage nach dem Auspacken.
3. Schwierigkeiten bei der Durchführung elektrischer Prüfungen.
Tauchdose
Da alle Lötmittel auf Zinnbasis hergestellt werden, kann die Zinnschicht an jede Lötmittelart angepasst werden. Durch die Zugabe organischer Additive zur Zinnlösung weist die Zinnschicht eine granulare Struktur auf, wodurch die Probleme durch Zinnwhisker und Zinnmigration vermieden werden und gleichzeitig eine gute thermische Stabilität und Lötbarkeit erreicht wird.
Das Immersion-Tin-Verfahren ermöglicht die Bildung flacher Kupfer-Zinn-Intermetallverbindungen, wodurch Immersion-Tin eine gute Lötbarkeit ohne Probleme hinsichtlich Planheit oder Diffusion intermetallischer Verbindungen erreicht.
Vorteil des Tauchzinns
1. Anwendbar auf horizontale Produktionslinien.
2. Geeignet für die Verarbeitung feiner Drähte und bleifreies Löten, insbesondere für Crimpvorgänge.
3. Die Planheit ist sehr gut, geeignet für SMT.
Schwäche des Immersionszinns
1. Hoher Speicherbedarf, kann zu Farbveränderungen durch Fingerabdrücke führen.
2. Zinnwhiskers können Kurzschlüsse und Lötstellenprobleme verursachen und dadurch die Haltbarkeit verkürzen.
3. Schwierigkeiten bei der Durchführung elektrischer Prüfungen.
4. Bei dem Prozess werden Karzinogene freigesetzt.
ZUSTIMMEN
ENIG (stromlose Nickel-Immersionsgold-Beschichtung) ist ein weit verbreitetes Oberflächenveredelungsverfahren, das aus zwei Metallschichten besteht. Dabei wird Nickel direkt auf Kupfer abgeschieden, und anschließend werden Goldatome durch Verdrängungsreaktionen auf das Kupfer plattiert. Die Dicke der inneren Nickelschicht beträgt üblicherweise 3–6 µm, die der äußeren Goldschicht 0,05–0,1 µm. Das Nickel bildet eine Sperrschicht zwischen Lot und Kupfer. Das Gold verhindert die Oxidation des Nickels während der Lagerung und verlängert so die Haltbarkeit. Zudem ermöglicht das Immersionsgoldverfahren eine ausgezeichnete Oberflächenebenheit.
Der Prozessablauf von ENIG ist: Reinigung → Ätzen → Katalysator → chemische Vernickelung → Goldabscheidung → Reinigung der Rückstände
Vorteile von ENIG
1. Geeignet für bleifreies (RoHS-konformes) Löten.
2. Ausgezeichnete Oberflächenglätte.
3. Lange Haltbarkeit und strapazierfähige Oberfläche.
4. Geeignet für das Bonden von Aluminiumdrähten.
Schwäche von ENIG
1. Teuer, weil Gold verwendet wird.
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 geringere Reinheit und wird häufig für Goldfinger (Leiterplatten-Randverbinder), Leiterplattenkontakte oder andere verschleißfeste Bereiche verwendet. Die Golddicke kann je nach Anforderung variieren. Weichgold hat eine höhere Reinheit und wird häufig beim Drahtbonden eingesetzt.
Vorteil von elektrolytischem Nickel/Gold
1. Längere Haltbarkeit.
2. Geeignet für Kontaktschalter und Drahtverbindungen.
3. Hartgold eignet sich für elektrische Prüfungen.
4. Bleifrei (RoHS-konform)
Schwäche von elektrolytischem Nickel/Gold
1. Teuerste Oberflächenveredelung.
2. Für die galvanische Vergoldung von Fingern werden zusätzliche leitfähige Drähte benötigt.
3. Gold hat eine schlechte Lötbarkeit. Aufgrund der Golddicke sind dickere Schichten schwieriger zu löten.
ENEPIK
Chemisch abgeschiedenes Nickel, chemisch abgeschiedenes Palladium und Gold (ENEPIG) werden zunehmend für die Oberflächenveredelung von Leiterplatten eingesetzt. Im Vergleich zu ENIG wird bei ENEPIG eine zusätzliche Palladiumschicht zwischen Nickel und Gold aufgebracht, um die Nickelschicht besser vor Korrosion zu schützen und die Bildung schwarzer Pads zu verhindern, die bei ENIG-Oberflächenveredelungsprozesse leicht auftreten. Die Nickelschichtdicke beträgt etwa 3–6 µm, die Palladiumschichtdicke etwa 0,1–0,5 µm und die Goldschichtdicke 0,02–0,1 µm. Obwohl die Goldschichtdicke geringer ist als bei ENIG, ist ENEPIG teurer. Der jüngste Rückgang der Palladiumkosten hat den Preis für ENEPIG jedoch erschwinglicher gemacht.
Vorteil von ENEPIG
1. Besitzt alle Vorteile von ENIG, kein Black-Pad-Phänomen.
2. Besser geeignet für Drahtbonden als ENIG.
3. Kein Korrosionsrisiko.
4. Lange Lagerfähigkeit, bleifrei (RoHS-konform)
Schwäche von ENEPIG
1. Komplexer Prozess, schwer zu kontrollieren.
2. Hohe Kosten.
3. Es handelt sich um eine relativ neue Methode, die noch nicht ausgereift ist.