Ultimativer Leitfaden zur PCB-Oberflächenveredelung – So wählen Sie die am besten geeignete aus

PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Einer der kritischsten Aspekte der Leiterplatte (PCB) ist die Oberflächenbeschaffenheit. Die bei PCB angewendete Veredelung bestimmt sowohl die Wirksamkeit als auch die Langlebigkeit. Aber wie wählen Sie bei einer ganzen Reihe von Optionen die ideale aus? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

1. PCB-Oberflächenbeschaffenheit —Was ist PCB-Oberflächenbeschaffenheit?

Ein PCB-Oberflächenfinish ist die Beschichtung zwischen der blanken Leiterplatte und einem Bauteil. Leiterplatten haben Kupferoberflächen, die anfällig für Oxidation und Verschlechterung sind, wenn sie ungeschützt bleiben. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Veredelung für zwei entscheidende Zwecke anzuwenden:

• Zum Schutz der Kupferoberfläche und der Schaltkreise

• Zur Vorbereitung der Oberfläche zum Löten zugehöriger Komponenten während der Montage

Werfen wir nun einen Blick auf die spezifischen Oberflächenbehandlungen und die Unterschiede zwischen ihnen.

2. PCB-Oberflächenbeschaffenheit —7 Arten von PCB-Oberflächenbeschaffenheit und Vergleich

Es gibt sieben Arten von PCB-Oberflächenveredelungen, und jede hat ihre Vor- und Nachteile:

• Lotnivellierung mit Heißluft (HASL)

HASL ist die häufigste Oberflächenbehandlung. Es ist auch am günstigsten. Beim Auftragen wird die Leiterplatte in eine Lösung aus geschmolzenem Lot getaucht und die Rückstände anschließend mit einem Heißluftmesser abgeblasen. Die Auflösung von geschmolzenem Lot besteht aus Blei- und Zinnlegierungen.

Vorteile

Der wichtigste Vorteil der HASL-Oberflächenveredelung ist ihre Wirtschaftlichkeit. Weitere Vorteile sind:

• Es ermöglicht ein größeres Verarbeitungsfenster
• Sie gilt für eine Vielzahl von Leiterplatten
• Das sorgt für eine hervorragende Lötbarkeit

Nachteile

Wie bereits erwähnt, beinhaltet dieses Oberflächenfinish das Eintauchen der Platine in eine Lösung aus geschmolzenem Lot, das aus Blei und Zinn besteht. Dadurch ist es für Panels ungeeignet, die eine RoHS-Konformität erfordern. Dieser Mangel ist mit anderen Nachteilen verbunden, darunter:

• Es gibt einen Unterschied in der Dicke zwischen großen und kleinen Pads
• Ist nicht für HDI-Produkte geeignet
• Verursacht Überbrückung bei feinem Abstand
• Es ist nicht geeignet für BGAs und SMDs mit einem Durchmesser von weniger als 20 mil
• Bleifreies HASL

Bleifreies HASL ist die beliebteste Oberflächenveredelung, die heute auf Leiterplatten verwendet wird. Es wird aufgetragen, indem die Leiterplatte in eine geschmolzene Bleilegierung oder Bleilegierung oder Zinnlegierung oder Zinnlegierung getaucht wird, wodurch sichergestellt wird, dass die gesamte Oberfläche bedeckt ist. Luftmesser werden dann verwendet, um die Rückstände für eine gleichmäßige Beschichtung abzublasen.

Vorteile

Einer der wichtigsten Vorteile von bleifreiem HASL besteht darin, dass es potenzielle Delaminierungsprobleme aufdeckt, indem die Leiterplatte Temperaturen von etwa 2650 ° C ausgesetzt wird. Weitere Vorteile sind:

• Ist allgemein verfügbar
• Es ist umweltfreundlich
• Gewährleistet Haltbarkeit
• Es ist nachbearbeitbar
• Es ist erschwinglich

Nachteile

• Kann einen Temperaturschock verursachen
• Dies kann zu unebenen Oberflächen führen
• Ist nicht ideal für feines Pitching
• Es kann Lote überbrücken
• Es reduziert PTH (durchgesteckte Löcher)
• Tauchzinn (ISN)

Immersion Tin ist die ideale Oberflächenveredelung für Fine-Pitch-Produkte, planar, Backplanes und Presspassung. ISN wird aufgebracht, indem eine chemische Verdrängungsreaktion mit der Kupferoberfläche der Leiterplatte eingeleitet wird.

PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Vorteile

Immersionszinn bietet eine Vielzahl von Vorteilen, die seine Mängel bei weitem überwiegen. Dazu gehören:

• erzeugt im Gegensatz zu bleifreiem HASL eine gleichmäßige Oberfläche
• Es kann nachbearbeitet werden
• Es kann Reflow-Lot ersetzen
• Sehr zuverlässig
• Ideal für eine Vielzahl von Leiterplatten

Nachteile

Zinn und Kupfer haben eine starke Affinität zueinander. Das bedeutet, dass die Diffusion eines dieser Metalle in das andere unvermeidlich ist. Das Ergebnis ist eine kürzere Haltbarkeit im Vergleich zu den meisten anderen Oberflächenveredelungen für Leiterplatten. Es kann auch die PCB-Leistung einschränken. Es ist sein größter Mangel. Weitere Mängel sind:

• nicht ideal für PTH
• Kann nachbearbeitet werden, aufgrund der kurzen Haltbarkeit jedoch nur bedingt
• Es führt zu Zinnwhiskering
• Kann die Lötstoppmaske beschädigen
• Es ist schwierig zu handhaben und kann zu einer Vielzahl von Schäden führen
• Es kann für Anwender ungesund sein, da es ein als Thoreau bekanntes Karzinogen enthält

Kosten für Tauchzinn

• Immersionssilber (IAG)

Seit der Verabschiedung der WEEE- und RoHS-Richtlinie erfreut sich Immersion Silver großer Beliebtheit. Es wird aus mehreren Gründen als hervorragende Alternative zu ENIG angesehen, vor allem, weil es ideal für feine Tonhöhen ist. Immersionssilber wird hauptsächlich für Aluminiumdrahtbonden, Membranschalter und EMI-Abschirmung verwendet.

Vorteile

Einer der Hauptvorteile von Immersionssilber ist, dass es OSP enthält, das ein Anlaufen verhindert. Dies macht es jedoch auch erforderlich, dass die Leiterplatte sofort nach dem Aufbringen verpackt wird, da OSP empfindlich auf Verunreinigungen auf der Leiterplatte reagiert. Zu den Vorteilen von Immersionssilber gehören:
Es entspricht den RoHS-Richtlinien und -Anforderungen

• Geeignet für Fine-Pitch
• Die moderate Haltbarkeit von ca. 12 Monaten
• Sehr stabil im Vergleich zu anderen Oberflächenbehandlungen
• Ideal für Planare
• Es ist erschwinglich und kostengünstig

PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Nachteile

Wie bereits erwähnt, macht das Vorhandensein von OSP Immersionssilber anfällig für Anlaufen, was sein größter Nachteil ist. Weitere Mängel sind:

• Dies kann zu silbernen Whiskers führen
• Es ist nicht für die Interaktion mit nachgiebigen Stiften geeignet, da es einen hohen Fraktionskoeffizienten hat
• Einige seiner Systeme können Seitenverhältnisse von 1:1 nicht in Micro-Vias werfen
• Stromloses Nickel-Immersions-Gold (ENIG)
  

Das stromlose Eintauchen in Nickel wird in der Leiterplattenindustrie immer beliebter, da es viele der erheblichen Mängel überwindet, die mit anderen Oberflächenveredelungen verbunden sind. ENIG hat ein zweiteiliges Bewerbungsverfahren. Zunächst wird eine Nickelschicht aufgetragen, die sowohl als Barriere für das Kupfer als auch als geeignete Oberfläche dient, auf der Komponenten gelötet werden können. Eine weitere Goldschicht dient dann zum Schutz der Nickelschicht für die Zeit, in der die Platine gelagert wird.

PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Vorteile

Der bedeutendste Vorteil von ENIG besteht darin, dass es sich ideal für die neue und kommende Generation komplexer Oberflächenkomponenten eignet, einschließlich Flip-Chips und BGAs; andere Oberflächenbehandlungen haben Mängel, die ihre Anwendung in diesen neuen Platten einschränken. Weitere Vorteile sind:

• Ist ideal für flache Oberflächen, da die Schichten aus Nickel und Gold so dünn und gleichmäßig sind
• Es enthält kein Blei
• Ideal für PTHs
• Es hat eine lange Haltbarkeit

Nachteile

houghObwohlObwohlObwohl ENIG eine lange Haltbarkeit hat, wurde es auch mit dem „Black-Pad-Syndrom“ in Verbindung gebracht, einem häufigen Problem, das zur Ansammlung von Phosphor zwischen den Nickel- und Goldschichten führt, was zu Brüchen und fehlerhaften Platinenverbindungen führt. Der einzige andere große Nachteil ist, dass es nicht ideal für die Nachbearbeitung ist.

• Nickel-Palladium (ENEPIG)

Nickel-Palladium (ENEPIG)-PCB-Oberflächenveredelung ist ein Upgrade von ENIG. In ENIG hat sich gezeigt, dass Immersionsgold die Nickelschicht zerstört. ENEPIG fügt eine Schicht Palladium zwischen die Gold- und Nickelschichten ein.

Vorteile

ENEPIG wurde als „Universal-Finish“ bezeichnet, weil es für viele moderne, hochentwickelte Boards mit mehreren Oberflächenpaketen gilt. Es bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter:

• Erzeugt eine flache Oberfläche.
• Einfach zu verarbeiten
• Es hat keine toxische Wirkung auf die Haut.
• Es enthält kein Blei.
• Ideal für mehrere Reflow-Zyklen
• Es ist sehr kompatibel mit Sn-Ag-Cu-Loten.
• Es hat eine lange Haltbarkeit.

Nachteile

• Dies führt oft zum Auftreten von schwarzen Flecken
• Es verringert die Zuverlässigkeit der Lötstelle
• Die Palladiumschicht ist zu dick, um die Lötbarkeitsleistung zu unterstützen
• Benötigt im Vergleich zu anderen Oberflächenveredelungen länger zum Benetzen
• Es wird von den Beschichtungsbedingungen beeinflusst
• Es ist teuer im Vergleich zu den meisten anderen Oberflächenbehandlungen
  OSP (Organic Solderability Preservative)

OSP ist ein organisches Oberflächenfinish auf Wasserbasis. Es verbindet sich selektiv mit Kupfer und macht die Leiterplatte lötbar.

PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Vorteile

Die OSP-Oberflächenveredelung zeichnet sich durch ihre Umweltfreundlichkeit aus, da sie organisch und auf Wasserbasis ist. Außerdem ist es einfach aufzutragen, und der Prozess ist im Vergleich zu anderen Oberflächenveredelungen relativ kurz und unkompliziert. Zu seinen Vorteilen gehören:

• Bietet eine ebene, koplanare Oberfläche
• Geringer Gerätewartungsaufwand
• Es enthält kein Blei
• Es ist reparierbar

Nachteile

OSP ist organisch und auf Wasserbasis, wodurch es bei der Handhabung ziemlich empfindlich auf Beschädigungen reagiert. Es ist mit mehreren anderen Mängeln verbunden:

• Es hat eine kurze Haltbarkeit

• Es ist schrecklich für PTH

PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Auswahl der PCB-Oberflächenbeschaffenheit

Die Unterschiede in diesen Arten von PCB-Oberflächenveredelungen machen sie für bestimmte Anwendungen geeignet oder ungeeignet. Wer das ideale Oberflächenfinish aufbringen möchte, sollte zu diesem Zweck mehrere Faktoren berücksichtigen:

• PCB-Oberflächenbeschaffenheit – Pad-Ebenheit

Wie mehrfach erwähnt, führen einige Oberflächenveredelungen zu unebenen Oberflächen, die die Leistung, Lötbarkeit und andere Faktoren beeinträchtigen können. Wenn Ebenheit ein wichtiger Faktor ist, sollten Sie Oberflächen mit dünnen, gleichmäßigen Schichten in Betracht ziehen. Geeignete Optionen sind in diesem Fall ENIG, ENEPIG und OSP.

• Lötbarkeit und Benetzbarkeit

Die Lötbarkeit ist immer ein entscheidender Faktor bei der Arbeit mit Leiterplatten. Es hat sich gezeigt, dass bestimmte Oberflächenveredelungen wie OSP und ENEPIG die Lötbarkeit behindern, während andere wie HASL ideal dafür sind.

• Gold- oder Aluminiumdrahtbonden

Wenn Ihre Leiterplatte Gold- oder Aluminiumdrahtbonden erfordert, sind Ihre Optionen möglicherweise auf ENIG und ENEPIG beschränkt.

• Lagerbedingungen

Wie bereits erwähnt, machen einige Oberflächenveredelungen wie OSP Leiterplatten bei der Handhabung brüchig, während andere die Haltbarkeit verbessern. Dies sollte bei der Berücksichtigung der Lagerungs- und Handhabungsanforderungen im Voraus berücksichtigt werden. Nur wenn risikofreie Lagerungs- und Handhabungsanforderungen erfüllt werden können, sollten Oberflächenveredelungen angewendet werden, die Leiterplatten empfindlich machen.

• Lötzyklen

Wie oft wird die Leiterplatte gelötet und nachbearbeitet? Wie gezeigt, eignen sich viele Oberflächenveredelungen ideal zum Nacharbeiten. Andere wie Tauchzinn sind jedoch nicht ideal für die Nachbearbeitung.

• PCB-Oberflächenbeschaffenheit – RoHS-Konformität

Die RoHS-Konformität ist entscheidend bei der Bestimmung der passenden Oberflächenbeschaffenheit. Normalerweise sind alle Oberflächenbehandlungen, die Blei verwenden, nicht für die RoHS-Konformität geeignet und sollten vermieden werden.

Schlussfolgerung

Wie bereits erwähnt, hat jede Art von Oberflächenveredelung einzigartige Elemente, die sie von den anderen abheben. Diese Elemente machen diese Oberflächen für bestimmte Anwendungen sowohl geeignet als auch ungeeignet, und die ideale Option hängt letztendlich vom Aufbau der Leiterplatte ab.

Bei WellPCB haben wir umfangreiche Erfahrung mit Leiterplatten und Oberflächenveredelungen. Kontaktieren Sie uns, um mehr über die verschiedenen Arten von Leiterplattenoberflächen und mehr zu erfahren! Wir helfen Ihnen gerne dabei, die ideale Oberflächenveredelung für Ihre Leiterplatte zu finden.