Die Oberflächenbeschaffenheit einer PCB (Printed Circuit Board) bezieht sich auf die Art der Beschichtung oder Behandlung, die auf die freiliegenden Kupferleiterbahnen und -pads auf der Oberfläche der Platine angewendet wird.Die Oberflächenveredelung dient mehreren Zwecken, darunter dem Schutz des freiliegenden Kupfers vor Oxidation, der Verbesserung der Lötbarkeit und der Bereitstellung einer flachen Oberfläche für die Komponentenbefestigung während der Montage.Unterschiedliche Oberflächenveredelungen bieten unterschiedliche Leistungsniveaus, Kosten und Kompatibilität mit bestimmten Anwendungen.
Vergoldung und Tauchgold sind gängige Verfahren in der modernen Leiterplattenfertigung.Mit der zunehmenden Integration von ICs und der wachsenden Anzahl von Pins ist es beim vertikalen Lötmittelspritzprozess schwierig, kleine Lötpads zu glätten, was die SMT-Bestückung vor Herausforderungen stellt.Darüber hinaus ist die Haltbarkeit von besprühtem Weißblech kurz.Lösungen für diese Probleme bieten Vergoldungs- oder Tauchvergoldungsverfahren.
In der Oberflächenmontagetechnologie, insbesondere bei ultrakleinen Bauteilen wie 0603 und 0402, wirkt sich die Ebenheit der Lötpads direkt auf die Qualität des Lotpastendrucks aus, was wiederum einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des anschließenden Reflow-Lötens hat.Daher wird bei hochdichten und ultrakleinen Oberflächenmontageprozessen häufig die Verwendung von Vollplatinenvergoldung oder Immersionsgold beobachtet.
Während der Testproduktionsphase werden Platinen aufgrund von Faktoren wie der Komponentenbeschaffung oft nicht sofort nach der Ankunft gelötet.Stattdessen kann es Wochen oder sogar Monate dauern, bis sie zum Einsatz kommen.Die Haltbarkeit von vergoldeten und tauchvergoldeten Platten ist deutlich länger als die von verzinnten Platten.Daher werden diese Verfahren bevorzugt.Die Kosten für vergoldete und Tauchgold-Leiterplatten während der Probenahmephase sind vergleichbar mit denen für Platinen aus Blei-Zinn-Legierung.
1. Chemisches Nickel-Immersionsgold (ENIG): Dies ist eine gängige Methode zur Oberflächenbehandlung von Leiterplatten.Dabei wird eine Schicht aus stromlosem Nickel als Zwischenschicht auf den Lötpads aufgetragen, gefolgt von einer Schicht aus Immersionsgold auf der Nickeloberfläche.ENIG bietet Vorteile wie gute Lötbarkeit, Ebenheit, Korrosionsbeständigkeit und günstige Lötleistung.Die Eigenschaften von Gold tragen auch dazu bei, Oxidation zu verhindern und so die langfristige Lagerstabilität zu verbessern.
2. Hot Air Solder Leveling (HASL): Dies ist eine weitere gängige Methode zur Oberflächenbehandlung.Beim HASL-Verfahren werden Lötpads in eine geschmolzene Zinnlegierung getaucht und überschüssiges Lot mit Heißluft weggeblasen, sodass eine gleichmäßige Lotschicht zurückbleibt.Zu den Vorteilen von HASL gehören niedrigere Kosten, einfache Herstellung und Lötbarkeit, obwohl die Oberflächengenauigkeit und Ebenheit vergleichsweise geringer sein könnten.
3. Galvanisieren von Gold: Bei dieser Methode wird eine Goldschicht auf die Lötpads galvanisiert.Gold zeichnet sich durch eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus und verbessert dadurch die Lötqualität.Allerdings ist die Vergoldung im Vergleich zu anderen Methoden im Allgemeinen teurer.Es wird insbesondere bei Goldfinger-Anwendungen eingesetzt.
4. Organische Lötschutzmittel (OSP): Bei OSP wird eine organische Schutzschicht auf Lötpads aufgetragen, um diese vor Oxidation zu schützen.OSP bietet eine gute Ebenheit und Lötbarkeit und ist für leichte Anwendungen geeignet.
5. Immersionszinn: Ähnlich wie beim Immersionsgold werden beim Immersionszinn die Lötpads mit einer Zinnschicht überzogen.Tauchzinn bietet eine gute Lötleistung und ist im Vergleich zu anderen Methoden relativ kostengünstig.In Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und Langzeitstabilität übertrifft es jedoch möglicherweise nicht das Immersionsgold.
6. Nickel-/Goldbeschichtung: Diese Methode ähnelt der Immersionsgoldbeschichtung, aber nach der stromlosen Nickelbeschichtung wird eine Kupferschicht aufgetragen, gefolgt von einer Metallisierungsbehandlung.Dieser Ansatz bietet eine gute Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit und eignet sich für Hochleistungsanwendungen.
7. Versilberung: Bei der Versilberung werden die Lötpads mit einer Silberschicht überzogen.Silber hat eine ausgezeichnete Leitfähigkeit, kann jedoch an der Luft oxidieren, was normalerweise eine zusätzliche Schutzschicht erfordert.
8. Hartvergoldung: Diese Methode wird für Steckverbinder oder Buchsenkontaktstellen verwendet, die häufig eingesteckt und entfernt werden müssen.Zur Gewährleistung der Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird eine dickere Goldschicht aufgetragen.
Unterschiede zwischen Vergoldung und Immersionsgold:
1. Die durch Vergoldung und Immersionsgold gebildete Kristallstruktur ist unterschiedlich.Beim Vergolden ist die Goldschicht im Vergleich zum Tauchgold dünner.Die Vergoldung ist tendenziell gelber als das Immersionsgold, was für die Kunden zufriedenstellender ist.
2. Immersionsgold weist im Vergleich zur Vergoldung bessere Löteigenschaften auf, wodurch Lötfehler und Kundenbeschwerden reduziert werden.Immersionsgoldplatten weisen eine besser kontrollierbare Spannung auf und eignen sich besser für Klebeprozesse.Allerdings ist Immersionsgold aufgrund seiner weicheren Beschaffenheit für Goldfinger weniger haltbar.
3. Immersionsgold überzieht nur die Lötpads mit Nickelgold und beeinträchtigt die Signalübertragung in den Kupferschichten nicht, wohingegen eine Vergoldung die Signalübertragung beeinträchtigen könnte.
4. Hartvergoldung hat im Vergleich zu Immersionsgold eine dichtere Kristallstruktur und ist daher weniger anfällig für Oxidation.Immersionsgold hat eine dünnere Goldschicht, wodurch Nickel ausdiffundieren kann.
5. Immersionsgold verursacht bei Designs mit hoher Dichte im Vergleich zur Vergoldung seltener Drahtkurzschlüsse.
6. Immersionsgold hat eine bessere Haftung zwischen Lötstopplack und Kupferschichten, was den Abstand bei Ausgleichsprozessen nicht beeinträchtigt.
7. Immersionsgold wird aufgrund seiner besseren Ebenheit häufig für anspruchsvollere Platinen verwendet.Durch die Vergoldung wird im Allgemeinen das Phänomen des schwarzen Pads nach der Montage vermieden.Die Ebenheit und Haltbarkeit von Tauchvergoldungsplatten ist genauso gut wie bei Vergoldungen.
Bei der Auswahl der geeigneten Oberflächenbehandlungsmethode müssen Faktoren wie elektrische Leistung, Korrosionsbeständigkeit, Kosten und Anwendungsanforderungen berücksichtigt werden.Abhängig von den spezifischen Gegebenheiten können geeignete Oberflächenbehandlungsverfahren ausgewählt werden, um Designkriterien zu erfüllen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. August 2023
