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PCB-OBERFLÄCHENVERARBEITUNG, VOR- UND NACHTEILE

  • 2021-09-28 18:48:38

Jeder, der in der Leiterplattenindustrie (PCB) tätig ist, weiß, dass PCBs Kupferoberflächen auf ihrer Oberfläche haben. Wenn sie ungeschützt bleiben, oxidiert das Kupfer und verschlechtert sich, wodurch die Leiterplatte unbrauchbar wird. Die Oberflächenbeschaffenheit bildet eine kritische Schnittstelle zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte. Das Finish hat zwei wesentliche Funktionen, um die freiliegenden Kupferschaltungen zu schützen und eine lötbare Oberfläche beim Zusammenbauen (Löten) der Komponenten auf der Leiterplatte bereitzustellen.


HASL / bleifrei HASL

HASL ist das vorherrschende Oberflächenfinish, das in der Industrie verwendet wird. Der Prozess besteht darin, Leiterplatten in einen geschmolzenen Topf aus einer Zinn/Blei-Legierung zu tauchen und dann das überschüssige Lot mit „Luftmessern“ zu entfernen, die heiße Luft über die Oberfläche der Leiterplatte blasen.

Einer der unbeabsichtigten Vorteile des HASL-Prozesses besteht darin, dass die Leiterplatte Temperaturen von bis zu 265°C ausgesetzt wird, wodurch potenzielle Delaminierungsprobleme erkannt werden, lange bevor teure Komponenten auf der Platine angebracht werden.

HASL fertige doppelseitige Leiterplatte



Vorteile:

  • Kostengünstig
  • Weit verbreitet
  • Überarbeitbar
  • Ausgezeichnete Haltbarkeit

Nachteile:

  • Unebene Oberflächen
  • Nicht gut für Fine Pitch
  • Enthält Blei (HASL)
  • Thermoschock
  • Lötbrücken
  • Verstopfte oder reduzierte PTHs (durchkontaktierte Löcher)

Tauchdose

Immersion Tin (ISn) ist laut IPC, der Association Connecting Electronics Industry, eine durch eine chemische Verdrängungsreaktion abgeschiedene metallische Veredelung, die direkt über dem Grundmetall der Leiterplatte, also Kupfer, aufgebracht wird. Das ISn schützt das darunterliegende Kupfer während seiner beabsichtigten Lagerzeit vor Oxidation.

Kupfer und Zinn haben jedoch eine starke Affinität zueinander. Die Diffusion eines Metalls in das andere wird unweigerlich auftreten, was sich direkt auf die Haltbarkeit der Abscheidung und die Leistung des Finishs auswirkt. Die negativen Auswirkungen des Zinnwhiskerwachstums sind in der industriebezogenen Literatur und den Themen mehrerer veröffentlichter Veröffentlichungen gut beschrieben.

Vorteile:

  • Ebene Fläche
  • Kein Blei
  • Überarbeitbar
  • Beste Wahl für das Einpressen von Pins

Nachteile:

  • Leichte Handhabungsschäden
  • Prozess verwendet ein Karzinogen (Thioharnstoff)
  • Freiliegendes Zinn bei der Endmontage kann korrodieren
  • Zinn-Whisker
  • Nicht gut für mehrere Reflow-/Assembly-Prozesse
  • Schwierig, die Dicke zu messen

Immersionssilber

Immersionssilber ist ein nicht-elektrolytisches chemisches Finish, das durch Eintauchen der Kupferplatine in einen Tank mit Silberionen aufgebracht wird. Es ist eine gute Wahl für Leiterplatten mit EMI-Abschirmung und wird auch für Domkontakte und Drahtbonden verwendet. Die durchschnittliche Oberflächendicke des Silbers beträgt 5-18 Mikrozoll.

Angesichts moderner Umweltbelange wie RoHS und WEE ist Immersionssilber umweltfreundlicher als HASL und ENIG. Es ist auch wegen seiner geringeren Kosten als ENIG beliebt.

Vorteile:

  • Gilt gleichmäßiger als HASL
  • Umweltfreundlicher als ENIG und HASL
  • Haltbarkeit gleich HASL
  • Kostengünstiger als ENIG

Nachteile:

  • Muss innerhalb des Tages gelötet werden, an dem die Leiterplatte aus dem Lager genommen wird
  • Kann bei unsachgemäßer Handhabung leicht angelaufen werden
  • Weniger haltbar als ENIG, da keine Nickelschicht darunter liegt


OSP / Entek

OSP (Organic Solderability Preservative) oder Anlaufschutz bewahrt die Kupferoberfläche vor Oxidation, indem eine sehr dünne Schutzschicht aus Material auf das freiliegende Kupfer aufgetragen wird, normalerweise unter Verwendung eines Förderverfahrens.

Es verwendet eine organische Verbindung auf Wasserbasis, die sich selektiv an Kupfer bindet und eine metallorganische Schicht bildet, die das Kupfer vor dem Löten schützt. Es ist auch im Vergleich zu den anderen üblichen bleifreien Oberflächen, die entweder giftiger sind oder einen erheblich höheren Energieverbrauch haben, extrem umweltfreundlich.

Vorteile:

  • Ebene Fläche
  • Kein Blei
  • Einfacher Prozess
  • Überarbeitbar
  • Kosteneffizient

Nachteile:

  • Keine Möglichkeit, die Dicke zu messen
  • Nicht gut für PTH (Durchkontaktierte Löcher)
  • Kurze Haltbarkeit
  • Kann IKT-Probleme verursachen
  • Freiliegendes Cu bei der Endmontage
  • Umgang mit sensiblen


Chemisch Nickel Immersion Gold (ENIG)

ENIG ist eine zweischichtige metallische Beschichtung aus 2-8 µin Au über 120-240 µin Ni. Das Nickel ist die Barriere zum Kupfer und ist die Oberfläche, auf die die Komponenten tatsächlich gelötet werden. Das Gold schützt das Nickel während der Lagerung und sorgt auch für den geringen Übergangswiderstand, der für die dünnen Goldabscheidungen erforderlich ist. Aufgrund des Wachstums und der Umsetzung der RoHs-Verordnung ist ENIG heute wohl das am häufigsten verwendete Finish in der Leiterplattenindustrie.

Leiterplatte mit Chem Gold Oberflächenfinish


Vorteile:

  • Ebene Fläche
  • Kein Blei
  • Gut für PTH (Durchkontaktierte Löcher)
  • Lange Haltbarkeit

Nachteile:

  • Teuer
  • Nicht überarbeitbar
  • Schwarzes Pad / Schwarzes Nickel
  • Schaden durch ET
  • Signalverlust (HF)
  • Komplizierter Prozess

Chemisch Nickel Chemisch Palladium Immersionsgold (ENEPIG)

ENEPIG, ein relativer Newcomer in der Welt der Leiterplattenveredelung, kam Ende der 90er Jahre erstmals auf den Markt. Diese dreilagige metallische Beschichtung aus Nickel, Palladium und Gold bietet eine Option wie keine andere: Sie ist bondbar. ENEPIGs erster Riss bei einer Oberflächenbehandlung von Leiterplatten scheiterte bei der Herstellung aufgrund seiner extrem teuren Palladiumschicht und des geringen Nutzungsbedarfs.

Die Notwendigkeit einer separaten Fertigungslinie war aus den gleichen Gründen nicht akzeptabel. Kürzlich hat ENEPIG ein Comeback gefeiert, da das Potenzial, Zuverlässigkeit, Verpackungsanforderungen und RoHS-Standards zu erfüllen, mit diesem Finish ein Plus sind. Es ist perfekt für Hochfrequenzanwendungen, bei denen der Abstand begrenzt ist.

Im Vergleich zu den anderen Top-4-Oberflächen, ENIG, Bleifrei-HASL, Immersionssilber und OSP, übertrifft ENEPIG alle auf dem Korrosionsniveau nach der Montage.


Vorteile:

  • Extrem flache Oberfläche
  • Kein Lead-Inhalt
  • Montage mit mehreren Zyklen
  • Ausgezeichnete Lötstellen
  • Drahtbondbar
  • Keine Korrosionsrisiken
  • 12 Monate oder länger Haltbarkeit
  • Kein Black-Pad-Risiko

Nachteile:

  • Immer noch etwas teurer
  • Ist mit einigen Einschränkungen überarbeitbar
  • Verarbeitungsgrenzen

Gold – Hartes Gold

Hartelektrolytgold besteht aus einer Goldschicht, die über einer Sperrschicht aus Nickel plattiert ist. Hartgold ist extrem haltbar und wird am häufigsten in stark beanspruchten Bereichen wie Kantensteckerfingern und Tastaturen verwendet.

Im Gegensatz zu ENIG kann seine Dicke durch Steuerung der Dauer des Plattierungszyklus variieren, obwohl die typischen Mindestwerte für Finger 30 μin Gold über 100 μin Nickel für Klasse 1 und Klasse 2, 50 μin Gold über 100 μin Nickel für Klasse 3 betragen.

Hartgold wird wegen seiner hohen Kosten und seiner relativ schlechten Lötbarkeit im Allgemeinen nicht auf lötbare Bereiche aufgebracht. Die maximale Dicke, die IPC als lötbar ansieht, beträgt 17,8 µin. Wenn diese Art von Gold auf zu lötenden Oberflächen verwendet werden muss, sollte die empfohlene Nenndicke etwa 5-10 µin betragen.

Vorteile:

  • Harte, strapazierfähige Oberfläche
  • Kein Blei
  • Lange Haltbarkeit

Nachteile:

  • Sehr teuer
  • Extra Verarbeitung / Arbeitsintensiv
  • Verwendung von Resist / Tape
  • Beschichtung / Sammelschienen erforderlich
  • Abgrenzung
  • Schwierigkeiten mit anderen Oberflächenausführungen
  • Ätzen des Unterschnitts kann zu Splittern/Abblättern führen
  • Nicht lötbar über 17 μin
  • Das Finish kapselt die Spurseitenwände nicht vollständig ein, außer in den Fingerbereichen


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