PCB-Oberflächenveredelungen:HASL, OSP und ENIG

Bei der Erstellung von Oberflächenveredelungen für Leiterplatten (PCBs) können Sie entweder aus organischen oder metallischen Materialien wählen. Es ist einfach zu wissen, welche Arten von Oberflächenveredelungen es gibt, aber wie bestimmen Sie welche am besten für Ihre PCB?

Wenn Sie sich fragen, wie Sie die richtige Veredelungstechnik auswählen, kann Ihnen dieser Artikel helfen, mehr über drei gängige Arten zu erfahren – Hot Air Solder Leveling (HASL), Organic Solderability Preservative (OSP) und Chemisches Nickel-Immersions-Gold (ENIG).

Die Bedeutung Ihrer PCB-Oberflächenbeschaffenheit

Die Oberflächenveredelung, die Sie für Ihre Leiterplatte wählen, hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualität und den Nutzen innerhalb des übergeordneten Teils. Die Veredelung verhindert, dass die Kupferschicht der Leiterplatte oxidiert, was ansonsten ihre Lötbarkeit beeinträchtigen würde. Das Auftragen eines Finishs schützt die Platine vor Oxidation, bevor die Komponenten hinzugefügt werden, und stellt sicher, dass Sie die zusätzlichen Elemente nach Bedarf löten können. Da die elektrischen Verbindungen der Leiterplatte von einer angemessenen Kupferleitfähigkeit abhängen, ist es wichtig, Oxidation zu verhindern und die Komponenten bei Bedarf zu befestigen. P>

Die Auswahl der geeigneten Oberfläche hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. dem Endbearbeitungsprozess, dem Design der Leiterplatte und der Qualität des Endergebnisses. Nicht alle Oberflächentypen sind für jede Leiterplatte geeignet. Unten sind a Einige Merkmale, die bei der Betrachtung der verschiedenen zu beachten sind:

1. Lötbarkeit

Das Vermeiden von Lötproblemen ist entscheidend für die Erstellung einer Leiterplatte, die wie beabsichtigt funktioniert. Glatte Oberflächen sind erforderlich, um sicherzustellen, dass eine Verbindung in der gegebenen Umgebung angemessen funktioniert. Überlegen Sie, ob die Oberflächenveredelung direkt verlötet werden kann das Kupfer, wie im Fall von Tauchzinn, oder wenn es sich um eine Schichttechnik handelt, wie ENIG.

Eine gute Drahtverbindung ist ebenfalls entscheidend, wenn man bedenkt, dass unterschiedliche Metalle einzigartige Herstellungstechniken erfordern und sich selbst in denselben Umgebungen unterschiedlich verhalten. Drähte können aus Materialien wie Aluminium, Gold und Kupfer mit jeder Oberflächenbeschaffenheit bestehen Typ, der mit diesen Elementen kompatibel oder inkompatibel ist.

2. Bearbeitungszeit

Das Verarbeitungsfenster für ein bestimmtes Finish kann groß oder klein sein – Finishes wie HASL haben größere Verarbeitungsfenster.

Wie lange der Prozess dauert, hängt davon ab, wie komplex die Montage ist. Einige Oberflächenveredelungen, wie OSP, haben begrenzte Temperaturzyklen und können zahlreichen Lötprozessen nicht standhalten. Nach einigen Zyklen ist es verschwindet, und die Leiterplatte verliert ihren Oxidationsschutz. Eine OSP-Oberflächenveredelung für eine Leiterplatte kann jedoch während der Herstellung nachbearbeitet werden. Gleiches gilt für Immersionssilber.

ENIG ist ein komplexerer Veredelungsprozess und dauert länger, was ihn möglicherweise besser für PCB-Produktionslinien verwendet, die nicht in kurzer Zeit eine große Anzahl von PCBs ausgeben müssen .

3. Zuverlässigkeit

Wie gut hält die gewählte Oberflächenveredelung ihrer Umgebung stand? Wenn Ihre Leiterplatte bestimmte Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllen muss, möchten Sie eine Veredelung, die diese erfüllt. Obwohl die Kosten nur eine Komponente davon sind Neben den vielen anderen hier erwähnten Elementen sollten Sie bedenken, wie hoch die Ausfallkosten sind, wenn das Finish der Leiterplatte nicht wie beabsichtigt funktioniert und die Oberfläche nicht schützt.

Das IPC bietet im Rahmen seines TM-650 Test Methods Manual eine Reihe von Standards an, die verschiedene Methoden zum Testen von Leiterplatten auf Zuverlässigkeit und Qualität beschreiben. Dazu gehören Techniken wie Maßprüfung, chemische Beständigkeit, Kupferduktilität und Ausmaß des Signalverlusts. Bei einem Test werden Chemikalien wie Schwefelsäure und Isopropanol verwendet, um die Auswirkungen dieser Substanzen auf dielektrische PCB-Materialien zu bestimmen.

4. Korrosion

Einige Arten von Oberflächenveredelungen, wie Silber, können anfälliger für Kriechkorrosion sein als andere. Diese Art von Korrosion kann bei praktisch jeder Art von Veredelung auftreten, aber sie tritt am häufigsten bei Immersionssilber auf Da sich die Korrosion von Metallelementen entlang der Oberfläche der Leiterplatte ausbreitet, kann sie aufgrund von Wechselwirkungen mit benachbarten Merkmalen auf der Leiterplatte Kurzschlüsse verursachen.Dieses Problem ist häufiger geworden, da bleifreie Beschichtungen immer häufiger verwendet werden, da Blei besonders wirksam war bei der Bereitstellung von Korrosionsbeständigkeit.

Kriechkorrosion tritt auch häufiger in feuchten, schwefelreichen Umgebungen auf. Überlegen Sie, welchen Umgebungen Ihre Leiterplatten ausgesetzt werden, bevor Sie sich auf eine Oberflächenveredelung festlegen. Die Umgebung kann einen großen Einfluss haben bei der Bestimmung der Lebenszyklen Ihrer Produkte.

Andere Oberflächen wie Immersionszinn neigen zur Bildung von Whiskern, obwohl Antimigrationsmittel dieses Problem reduzieren können.

Faktoren, die die von Ihnen verwendete PCB-Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen

Eine Reihe von Faktoren beeinflussen, für welche Art von PCB-Finish Sie sich entscheiden. Es ist wichtig, alle diese Faktoren als integriertes Ganzes zu betrachten. Obwohl sie alle innerhalb des Prozesses Gewicht haben, sind Sie fertig Leiterplatten werden möglicherweise nicht wie beabsichtigt, wenn Sie eine Eigenschaft gegenüber den anderen stark bevorzugen.Zum Beispiel können Sie bleifreies HASL wegen seiner Kosteneffizienz wählen, aber später feststellen, dass seine Koplanarität im Vergleich zu anderen Veredelungsverfahren fehlt.

Im Folgenden finden Sie einige wichtige Komponenten, die Sie bei der Untersuchung der verschiedenen Oberflächenveredelungen von Leiterplatten beachten sollten.

1. Kosten

Wie viel Sie für die Oberflächenveredelung ausgeben, hängt von der Art ab, die Sie wählen. Die Oberflächenqualität spielt ebenfalls eine Rolle bei den Kosten. HASL-Oberflächen sind günstiger als ENIG-Typen, entsprechen jedoch möglicherweise nicht der genauen Qualität Standards, die Sie erwarten.

Der Preis für die Herstellung der Platine selbst spielt ebenfalls eine Rolle. Wird Ihr Budget nach der anfänglichen Herstellung noch Spielraum haben, um fortschrittlichere Veredelungsmethoden wie ENIG auszuwählen? PCBs für Branchen wie Unterhaltungselektronik sind deutlich kostengünstiger in der Herstellung, wodurch Sie kostspieligere Oberflächen für qualitativ hochwertigere Ergebnisse verwenden können.

2. Lautstärke

Das Produktionsvolumen kann erheblichen Einfluss darauf haben, welche Art von Oberflächenveredelung Sie verwenden. Beispielsweise beginnt eine Oberflächenveredelung aus Immersionszinn kurz nach dem Auftragen auf die Kupferleiterplatte anzulaufen Eine große Menge an PCBs kann Ihnen dabei helfen, ein Anlaufen zu vermeiden. Wenn Sie eine kleine Charge haben, ist es möglicherweise besser, sich für eine Oberfläche wie Immersionssilber zu entscheiden.

3. Kosmetik

Prozesse wie HASL und OSP bieten in der Regel einen besseren ästhetischen Wert als ENIG, was eine weitere Komponente ist, die die Auswahl beeinflussen könnte. Benötigen Sie eine glänzende Oberfläche, die weniger anfällig für Kriechkorrosion ist, Whisker und ähnliche Probleme? Vielleicht möchten Sie den Umgang mit Materialien wie Silber und Zinn vermeiden und andere Optionen wählen, die weniger wahrscheinlich zu erheblicher Korrosion führen.

Arten von PCB-Oberflächenveredelungen

Obwohl es viele Arten von PCB-Oberflächenveredelungen gibt, behandeln wir hier drei bekannte – HASL, OSP und ENIG.

1. HASL und bleifreies HASL

Eine HASL-Oberflächenveredelung bietet eine hochwertige Lötbarkeit und ermöglicht mehrere Wärmezyklen, während sie gleichzeitig eine der kostengünstigeren Optionen ist. Sie diente einst als Industriestandard, obwohl sie Standards unter der Beschränkung gefährlicher Substanzen ist (RoHS) haben dazu geführt, dass HASL nicht mehr konform ist.Im Gegenzug ist bleifreies HASL die akzeptablere Option in Bezug auf seine Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen.Obwohl HASL eine lange Industriegeschichte hat und unter Ingenieuren gut bekannt ist, blei -freies HASL ist sicherer in der Anwendung und entspricht besser den Anforderungen von Richtlinien wie RoHS.

HASL-Oberflächen werden erzeugt, indem die Platine in Zinn-Blei- oder Zinn-Nickel-Lot getaucht und einige Zeit dort gehalten wird. Sobald die Leiterplatte entfernt ist, entfernen heiße Luftstöße, sogenannte Luftmesser Das HASL-Finish ermöglicht ein großes Verarbeitungsfenster, aber verschiedene Faktoren können seine Ebenheit und damit seine Lötbarkeit beeinflussen:Der Winkel der Luftmesser, der Luftdruck und die Geschwindigkeit, mit der die Leiterplatte in das Lötmittel eingeführt und entfernt wird die Qualität der Verarbeitung.

Hier finden Sie HAL- und bleifreie HASL-Oberflächenveredelungen für Anwendungen wie:

• Elektrische Prüfung: HASL-Finishes bieten automatischen Schutz für die Testpads und Vias während des elektrischen Testens der Leiterplatten.
• Handlöten: HASL-Ausführungen sind eine geeignete Option für Handlötprozesse, da die Verbindungen leicht formbar sind.
• Hochleistungselektronik: HASL ist aufgrund seiner Fähigkeit, starke Verbindungen zu bilden, oft eine gute Wahl für Hochleistungs- und Hochzuverlässigkeitsanwendungen, wie Luft- und Raumfahrt- und Militärgeräte.

2. OSP

Ein OSP-Oberflächenfinish ist ein Beispiel für ein organisches PCB-Finish. Es sind keine Giftstoffe in den Prozess involviert, wodurch es umweltfreundlich ist und gleichzeitig seine schützenden und korrosionshemmenden Eigenschaften behält Da keine schädlichen Chemikalien verwendet werden, sind OSP-Boards auch RoHS-konform.Dieses wasserbasierte Finish bietet eine flache Oberfläche zum Anbringen zusätzlicher PCB-Komponenten und ist wie das HASL-Verfahren kostengünstig.

OSP kann aufgrund seiner Koplanarität als effektiver Ersatz für bleifreies HASL verwendet werden. Wenn Sie eine PCB-Oberflächenveredelung benötigen, die eine ausreichende Ebenheit bietet und gleichzeitig einen einfachen Herstellungsprozess bietet, OSP ist wohl die beste Wahl.

Das Aufbringen einer OSP-Oberflächenveredelung auf eine Leiterplatte umfasst normalerweise ein chemisches Verfahren mit Förderband oder ein vertikales Tauchbecken. Der Prozess sieht im Allgemeinen so aus, mit Spülungen zwischen den einzelnen Schritten:

1. Reinigung: Die Kupferoberfläche der Leiterplatte wird von Öl, Fingerabdrücken und anderen Verunreinigungen gereinigt, die die Ebenheit der aufgebrachten Oberfläche beeinträchtigen könnten.
2. Topographieverbesserung: Die freigelegte Kupferoberfläche wird mikrogeätzt, um die Bindung zwischen der Platine und dem OSP zu verbessern. Dieser Prozess reduziert auch die Oxidation. Um eine angemessene Filmdicke zu erreichen, muss das Mikroätzen auf einer konstanten Geschwindigkeit gehalten werden.
3. Säurespülung: Die Leiterplatte wird einer Säurespülung in einer Schwefelsäurelösung unterzogen.
4. OSP-Anwendung: An diesem Punkt des Prozesses wird die OSP-Lösung auf die Leiterplatte aufgetragen.
5. Deionisierungsspülung: Die OSP-Lösung ist mit Ionen angereichert, um eine einfache Entfernung während des Lötens zu ermöglichen. Diese Spülung sollte verwendet werden, bevor sich Konservierungsmittel aufbauen, um ein Anlaufen durch das Vorhandensein anderer Ionen in der OSP-Lösung zu vermeiden.
6. Trocken: Nach dem Auftragen der OSP-Lackierung muss die Leiterplatte getrocknet werden.

OSP bietet einen einfachen und erschwinglichen Prozess, aber es ist auch wichtig zu bedenken, dass es äußerst empfindlich in der Handhabung ist und leicht Kratzer zurückbehalten kann, was seine Lötbarkeit beeinträchtigen kann. Außerdem ist seine Haltbarkeit kürzer als die von ENIG oder HASL.

Häufige Anwendungen für OSP sind:

• Fine-Pitch-Geräte: Dieses Finish eignet sich am besten für Fine-Pitch-Geräte, da es keine koplanaren Pads oder unebenen Oberflächen gibt.
• Serverplatinen: Die Einsatzmöglichkeiten von OSPs reichen von Low-End-Anwendungen bis hin zu Hochfrequenz-Serverplatinen. Diese große Vielfalt an Verwendbarkeit macht es für zahlreiche Anwendungen geeignet. Es wird auch oft für die selektive Veredelung verwendet.
• Oberflächenmontagetechnologie (SMT): OSP eignet sich gut für die SMT-Montage, wenn Sie eine Komponente direkt auf der Oberfläche einer Leiterplatte befestigen müssen.

3. ENIG

Trotz des höheren Preises der ENIG-Oberflächenveredelung hat sie eine hohe Erfolgsquote bei der Herstellung hochwertiger Produkte. Sie hält mehreren Wärmezyklen stand, weist eine hervorragende Lötbarkeit auf und ist eine geeignete Option für Drähte Bonding. Wie der Name schon sagt, besteht es aus zwei Beschichtungsschichten – Nickel und Gold. Das Nickel schützt die Basiskupferschicht und ermöglicht eine sichere Befestigung elektrischer Komponenten, während das Gold als Korrosionsschutz für das Nickel dient.

ENIG kann in Situationen verwendet werden, in denen enge Toleranzen für Leiterplattenelemente wie plattierte Löcher erforderlich sind, da HASL dafür nicht so effektiv ist. Wie OSP bietet es eine hervorragende Ebenheit und ist ideal für feine Rasterung Geräte.

Das Aufbringen der ENIG-Beschichtung erfordert die Abscheidung von Nickel auf einer mit Palladium katalysierten Kupferoberfläche. Die Tauchgoldstufe bewirkt, dass das Gold durch einen molekularen Austausch am Nickel haftet. ENIG ist ähnlich wie OSP in seiner Aufnahme von Mikroätzen und Spülen zwischen den einzelnen Phasen – der Prozess umfasst die folgenden Schritte:

1. Reinigung.
2. Mikroätzung.
3. Vortauchen.
4. Auftragen des Aktivators.
5. Nach dem Eintauchen.
6. Aufbringen des stromlosen Nickels.
7. Auftragen des Immersionsgoldes.

Zu den Standardanwendungen für ein ENIG-Oberflächenfinish gehören:

• Komplexe Oberflächenkomponenten: Aufgrund seiner flachen Oberfläche ist dieser Oberflächentyp eine bevorzugte Wahl für komplexe PCB-Komponenten, die glatte Oberflächen erfordern, wie z. B. Ball Grid Arrays (BGAs) oder Quad Flat Packages (QFPs).
• Drahtbonden: ENIG-Oberflächen ermöglichen eine minimale Drahtverbindung für Aluminiumdrähte, obwohl sie nicht mit Gold kompatibel sind.
• Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit: ENIG-Oberflächenveredelungen werden häufig für Leiterplatten in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Militär, Medizin und High-End-Verbrauchern verwendet. Aufgrund seiner Qualität eignet es sich für Anwendungen, bei denen es auf Präzision und Langlebigkeit ankommt.

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