Leiterplatten-Oberflächenbeschichtung

Was ist eine Leiterplatten-Oberflächenbeschichtung?

Leiterplatten-Oberflächenbeschichtung ist ein zentraler Nachbearbeitungsschritt in der Leiterplatten-Blankoproduktion. Damit ist das Aufbringen einer gleichmäßigen und dichten funktionellen Beschichtung auf die Oberfläche der blanken Kupferschicht der Leiterplatte mittels chemischer, physikalischer oder elektrochemischer Verfahren gemeint. Ihre Kernfunktion besteht darin, die Probleme zu lösen, dass blankes Kupfer anfällig für Oxidation ist und eine schlechte Lötbarkeit aufweist, und gleichzeitig den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien hinsichtlich der Leistung gerecht zu werden. Es ist ein entscheidender Schritt zur Sicherstellung der Lötzuverlässigkeit, Lebensdauer und elektrischen Eigenschaften von Leiterplattenbaugruppen (PCBAs).

Kernziel

• Anti-Oxidations- und Korrosionsschutz: Kupfer, das Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt ist, neigt zur Oxidation und bildet Kupferoxid, was zu Fehlverbindungen beim Löten und einer verschlechterten elektrischen Leistung führt. Oberflächenbehandlungsschichten können die Kupferschicht von der Umgebung isolieren und verlängern so die Lagerzeit und Lebensdauer von Leiterplatten.

• Verbesserte Lötzuverlässigkeit: Die Beschichtung muss eine gute Benetzbarkeit aufweisen, um das Risiko von Kaltlötstellen und falschen Lötstellen zu verringern, insbesondere bei den Anforderungen an Präzisionsbauteile wie 03015 und QFP im SMT-Lötvorgang.

• Gewährleistete elektrische Leistung: Einige Beschichtungen können den Übergangswiderstand senken und die Stabilität der Signalübertragung verbessern, wodurch die Anforderungen an Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitskreise erfüllt werden.

• Anpassung an besondere Einsatzbedingungen: Maßgeschneiderter Schutz für Umgebungen mit hoher Temperatur, hoher Luftfeuchtigkeit und hoher Sauberkeit wird bereitgestellt.

Häufige Arten von Oberflächenbehandlungen

Vorteile des Kingfield Oberflächenbehandlungsverfahrens

• Vollprozess-Qualitätskontrolle: Von Rohstoffen bis zum fertigen Produkt entspricht es den IPC-6012- und ISO9001-Standards;

• Maßgeschneiderte Lösungen: Empfehlung der optimalen Behandlungslösung entsprechend den Kundenanforderungen und Unterstützung bei der Anpassung spezieller Beschichtungen;

• Umweltverträglichkeit: Alle Prozesse erfüllen die Umweltanforderungen von RoHS und REACH, sind bleifrei und halogenfrei und kompatibel mit den Umweltstandards von Hochleistungsindustrien wie Medizin- und Automobiltechnik.

Oberflächenbehandlungsverfahren für verschiedene Arten von Leiterplatten

Die Leiterplatten-Oberflächenbehandlung ist ein zentraler Nachbearbeitungsschritt bei der Fertigung von Leiterplatten. Dabei wird mithilfe chemischer, physikalischer oder elektrochemischer Verfahren eine funktionelle Beschichtung auf der Kupferschicht gebildet. Dieser Prozess behebt hauptsächlich Probleme wie die Oxidation von blankem Kupfer und unzureichende Lötzuverlässigkeit und passt sich gleichzeitig an die Leistungsanforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien an. Im Folgenden erfolgt eine detaillierte Analyse der gängigen Verfahren:

HASL – Eine kostengünstige Wahl

Verfahrensprinzip: Die blanke Leiterplatte wird in geschmolzenes Lot eingetaucht, und überschüssiges Lot wird durch ein Heißluftmesser unter hohem Druck abgeschabt, wodurch sich auf der Oberfläche der Kupferschicht eine gleichmäßige Lötbeschichtung bildet. Nach dem Abkühlen erstarrt und verfestigt sie sich.

Kernparameter:

Beschichtungsstärke: 5–25 μm;

Löttemperatur: 235–245 °C für herkömmliche bleihaltige Lotlegierungen, 250–260 °C für bleifreie Legierungen;

Haltbarkeit: 6–12 Monate unter normalen Bedingungen;

Umweltstandards: Herkömmliche bleihaltige Modelle entsprechen nicht RoHS, bleifreie Modelle entsprechen RoHS/REACH.

Hauptmerkmale

Vorteile: Geringe Kosten, ausgereifter Prozess, starke Lötverträglichkeit, gute Verschleißfestigkeit.

Einschränkungen: Oberflächenflachheit ist durchschnittlich, nicht geeignet für Feinrasterbauteile; Hochtemperaturverarbeitung von bleifreien Leiterplatten kann eine leichte Verformung des Leiterplattensubstrats verursachen.

Typische Anwendungen： Unterhaltungselektronik, allgemeine Industrieanlagen, Leistungsmodule, medizinische Geräte der Einstiegsklasse.

ENIG – Die erste Wahl für High-End-Präzision

1. Verfahrensprinzip

Beim chemischen Abscheidungsverfahren wird zunächst auf der Oberfläche der Kupplerschicht eine Nickel-Phosphor-Legierungsschicht als Sperrschicht gebildet und anschließend eine dünne Goldschicht abgeschieden. Für den gesamten Prozess ist kein Strom erforderlich, die Beschichtung weist eine hohe gleichmäßigkeit

2. Kernparameter

• Dicke der Nickelschicht: 5–10 μm, Dicke der Goldschicht: 0,05–1,0 μm

• Oberflächenrauheit: Ra<0,1μm

• Lagerdauer: 12–24 Monate in versiegelter und trockener Umgebung

• Korrosionsbeständigkeit : Salzsprühprüfung ≥96 Stunden (Industriequalität), ≥144 Stunden (Militärqualität)

3. Wesentliche Merkmale

Vorteile: Glatte Oberfläche (geeignet für Präzisionsbauteile wie BGA und QFP), hervorragende Leitfähigkeit, starke Beständigkeit gegen Oxidation/Korrosion, geeignet für Hochfrequenzschaltungen, unterstützt wiederholtes Löten sowie Ein- und Ausstecken.

Einschränkungen: Höhere Kosten, übermäßig dicke Goldschichten können zu „Goldversprödung“ führen und erfordern eine hochgradige Prozesskontrolle.

4. Typische Anwendungen Hochwertige Kommunikationsgeräte (5G-Basisstationen, optische Module), medizinische Geräte (Beatmungsgeräte, EKG-Geräte), Automobilelektronik, Luft- und Raumfahrtprodukte sowie Präzisionsmodule für die Industriesteuerung.

III. OSP – Lösung für hohe Dichte und Umweltanforderungen.

1. Verfahrensprinzip

Durch chemische Adsorption bildet sich auf der blanken Kupferoberfläche ein ultradünner organischer Film, der diese von Luft und Feuchtigkeit isoliert. Während des Lötens zersetzt sich der Film bei hohen Temperaturen, ohne die Lötbenetzung zu beeinträchtigen.

2. Kernparameter

Beschichtungsstärke: 0,2–0,5 μm;

Schweißtemperatur: ≤260℃;

Haltbarkeit: 6–12 Monate in trockener, versiegelter Umgebung (Feuchtigkeit > 60 % kann zu Ausfällen führen);

Umweltstandards: Frei von Schwermetallen und Halogenen, erfüllt RoHS/REACH/IPC-J-STD-004.

3. Wesentliche Merkmale

Vorteile: Umweltfreundlicher Prozess, moderate Kosten, glatte Oberfläche, beeinträchtigt die Wärmeableitung der Leiterplatte nicht, keine Rückstände nach dem Löten.

Einschränkungen: Mäßige Temperaturbeständigkeit, hohe Anforderungen an die Lagerumgebung, nicht reibungsfest.

4. Typische Anwendungen Smartphones, Tablets, Laptops, IoT-Geräte, hochdichte Leiterplatten (Mehrschichtplatten, HDI-Platten)

IV. Immersionsversilberung – Eine Top-Wahl für Hochfrequenz- und mittlere bis hochwertige Produkte

1. Verfahrensprinzip:

Durch eine Umsetzungsreaktion wird eine reine Silberbeschichtung auf der Oberfläche einer Kupferschicht abgeschieden. Es wird kein Strom benötigt, und die Silberschicht ist gleichmäßig und dicht, weist hervorragende Leitfähigkeit und Lötbarkeit auf.

2. Kernparameter

• Dicke der Silberschicht: 0,8-2,0 μm

• Oberflächenrauheit: Ra < 0,15 μm

• Haltbarkeit: 6–9 Monate bei Vakuumverpackung

• Leitfähigkeit: Kontaktwiderstand < 3 mΩ

3. Wesentliche Merkmale

Vorteile: Geringer Signalübertragungsverlust, gute Lötbenetzung, niedrigere Kosten als ENIG, bleifrei und halogenfrei, umweltfreundlich, hohe Oberflächenglätte.

Einschränkungen: Die Silberschicht neigt zur Oxidation, die Korrosionsbeständigkeit ist etwas geringer als bei ENIG, Temperaturregelung ist beim Löten erforderlich.

4. Typische Anwendungen: Kommunikationsbasisstationen, Router, Switches, Industriesteuerungsmodule, Prüfgeräte und mittlere bis hochwertige Unterhaltungselektronik.

V. Immersion Tin – Eine lötspitzenkompatible Lösung

1. Verfahrensprinzip

Eine reine Zinnbeschichtung wird auf der Oberfläche der Kupplerschicht durch eine Umsetzungsreaktion abgeschieden. Die Zinnschicht weist ähnliche Materialeigenschaften wie Lot auf, bietet eine hervorragende Kompatibilität beim Löten und kann zuverlässige Lötverbindungen direkt ausbilden, ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte.

2. Kernparameter

Dicke der Zinnschicht: 1,0–3,0 μm;

Oberflächenrauheit: Ra < 0,15 μm;

Haltbarkeit: 6–9 Monate in versiegelter Umgebung;

Lötemperatur: 240-255℃

3. Wesentliche Merkmale

Vorteile: Glatte Oberfläche, stabile Lötperformance, bleifrei und umweltfreundlich, geringere Kosten als ENIG/Immersion Silber, flexiblere Lagerungsanforderungen.

Einschränkungen: Weichere Lötbeschichtung, anfällig für Kratzer, kann bei langfristiger Hochtemperaturbelastung „Zinnauswüchse“ (Solder Whiskers) bilden.

4. Typische Anwendungen Automotive Elektronik, industrielle Sensoren, Smart-Home-Geräte, mittlere bis hochwertige Leiterplatten

VI. Vergleichstabelle der Kernunterschiede bei gängigen Verfahren