Oberflächenveredelung von Leiterplatten
Die Oberflächenveredelung ist eine entscheidende Schnittstelle zwischen Komponenten und der unbestückten Leiterplatte. Erstens kann es verhindern, dass freiliegende Kupferspuren oxidieren. Zweitens schafft es eine Oberfläche zum Löten von Komponenten auf der Leiterplatte. Beides gewährleistet eine gute Lötbarkeit und elektrische Eigenschaften der Leiterplatte. Es gibt verschiedene Arten der Oberflächenveredelung, daher ist es notwendig, die richtige auszuwählen, um die Anforderungen des Kunden zu erfüllen. Bei der Wahl der Art der Oberflächenveredelung die folgenden Faktoren müssen berücksichtigt werden: Kosten, bleifrei, Produktivität, Komponententyp und umweltfreundliches Material.
Abbildung 1: Die Oberflächenbeschaffenheit der Leiterplatte
Chemisches Eintauchen in Nickel (ENIG)
ENIG, als zweilagige metallische Beschichtung aus Nickel und Gold, ist derzeit die beliebteste Art der Oberflächenveredelung in der Branche. Die Nickelschicht wirkt als Barriere zwischen der Kupferoberfläche und der Lötfläche des Bauteils. Die Goldschicht wird verwendet, um die Nickelschicht während der Lagerung zu schützen und um eine starke Lötbarkeit bereitzustellen. Im Vergleich zu anderen Oberflächenveredelungsarten eignet sich ENIG zum Kleben und Durchkontaktieren von Löchern (PTH), hat eine lange Haltbarkeit und bietet die flachste lötbare Oberfläche. Es ist bleifrei, aber aufgrund des komplizierten Prozesses teuer und nicht nachbearbeitbar.
Abbildung 2: Chemisches Eintauchen in Nickel (ENIG)
Tauchzinn (I-Zinn)
Bei der I-Tin-Oberflächenveredelung wird die Leiterplatte in mehrere chemische Bäder getaucht, um die beste Zinnhaftung und ideale Ebenheit zu erzielen. Diese Technologie ist sehr vielversprechend, da Lot auf Zinn basiert und die Zinnschicht mit jeder Art von Lot angepasst werden kann. I-Tin ist bleifrei, kostengünstig, nachbearbeitbar und für Fine-Pitch-Produkte geeignet. Jedoch, es ist nicht gut für mehrere Montageprozesse und plattierte Durchgangslöcher (PTH), erfordert eine sensible Handhabung und kann die Lötstoppmaske beschädigen. Es können Zinnwhisker auftreten, die zu Kurzschlüssen führen.
Abbildung 3: Tauchzinn (I-Zinn)
Organisches Konservierungsmittel für die Lötbarkeit (OSP)
Im Gegensatz zu anderen Oberflächenveredelungsarten fungiert OSP als Barriere zwischen dem Kupferkreislauf und der Luft. Mit anderen Worten, OSP besteht darin, vor dem Löten chemisch einen organischen Film auf der sauberen blanken Kupferoberfläche zu bilden. Es ist bleifrei, erzeugt eine koplanare Oberfläche und hat einen einfachen Prozess mit geringem Gerätewartungsaufwand. Es gibt auch einige Nachteile wie die kurze Haltbarkeit und die Möglichkeit, das Kupfer bei der Endmontage freizulegen.
Bleifreies Heißluftlöten-Nivellieren (HASL)
Bei dieser Art der Oberflächenveredelung Die Leiterplatte erhält eine Flussmittelbeschichtung und durchläuft ein Bad aus geschmolzenem Zinnlot, die durch Heißluftmesser entfernt wird. Es gibt zwei Haupttypen von HASL, eines ist Blei-HASL und das andere ist bleifreies HASL. HASL wurde früher von der Industrie bevorzugt, ist aber nicht umweltfreundlich. Die Vorteile von HASL sind kostengünstig und weit verbreitet mit ausgezeichneter Haltbarkeit. Seine Nachteile sind jedoch nicht zu übersehen. Obwohl das bleifreie umweltfreundlich ist, erzeugt es eine unebene Oberfläche, die für Fine-Pitch-Komponenten nicht akzeptabel ist. Im Prozess der blei- und bleifreien HASL, Die Leiterplatte ist hohen Temperaturen ausgesetzt, was zu einer hohen thermischen Belastung der Platine führen kann. Der HASL ist auch nicht für durchkontaktierte Löcher (PTH) geeignet.
Abbildung 4: Der HASL-Herstellungsprozess
Hartvergoldung
Die Hartvergoldung, auch Galvanik genannt, gehört zu den aufwendigen Arten der Oberflächenveredelung. Aufgrund der hohen Kosten, der Komplexität des Prozesses und der vergleichsweise schlechten Lötbarkeit wird es in der Regel auf stark beanspruchte Bereiche wie Kantenverbinder anstelle von lötbaren Bereichen aufgetragen. Im Gegensatz zu ENIG kann die Dicke der Goldschicht je nach Kundenwunsch variieren. Andere Vorzüge der Hartgold-Oberflächenveredelung umfassen das Bilden einer flachen Oberfläche, ausgezeichnete Haltbarkeit und lange Haltbarkeit.
Chemisch Nickel Chemisch Palladium Immersionsgold (ENEPIG)
ENEPIG ist als dreilagige metallische Beschichtung aus Nickel, Palladium und Gold eine vergleichsweise neue Art der Oberflächenveredelung. Im Gegensatz zu ENIG hat es eine zusätzliche Palladiumschicht als Widerstandsschicht, um zu verhindern, dass Nickel oxidiert und in die Kupferschicht diffundiert. ENIG ist förderlich für einen einfachen Prozessmechanismus und Hochtemperaturbeständigkeit, aber ENEPIG zeichnet sich durch hervorragende mehrfache Reflow-Zyklen und zuverlässige Drahtbondfähigkeiten aus. Sowohl ENIG als auch ENEPIG sind kostspielig, da sie die höchste Lötbarkeit für die Leiterplatte bieten. ENEPIG ist bondbar und sehr gut geeignet für Hochfrequenzanwendungen mit begrenztem Abstand. Darüber hinaus birgt es keine Risiken für Korrosion und schwarze Pads und hat eine hervorragende Haltbarkeit und Lötverbindungen. Die folgende Abbildung zeigt die unterschiedlichen Herstellungsverfahren von ENIG und ENEPIG.
Abbildung 5: Herstellungsprozesse von ENIG und ENEPIG
Immersionssilber (I-Ag)
I-Ag ist ein vergleichsweise stabiler Oberflächenveredelungstyp mit einer mäßigen Haltbarkeit. Für Fine-Pitch- und Flat-Package-Beschichtungen kann es ein guter Ersatz für ENIG sein. Es ist bleifrei, kostengünstig und perfekt für Hochgeschwindigkeits-PCB-Anwendungen. Es ist jedoch empfindlich gegenüber umgebenden Verunreinigungen, was zu Anlaufproblemen führen kann. Es hat auch Probleme mit Silberwhiskern und hohen Reibungskoeffizienten.
Referenz:
https://www.youtube.com/watch?v=bq5_74bEU7k&ab_channel=ICAPEGROUP
https://www.epectec.com/articles/pcb-surface-finish-advantages-and-disadvantages.html
https://www.pcbcart.com/article/content/surface-finish-intro-and-comparision.html