So wählen Sie die Oberflächenbeschaffenheit für Ihr PCB-Design aus
Ⅱ Bewertung und Vergleich
Gesendet: 16. November 2022
Kategorien: Blogs
Stichworte: Platine,PCBA,Leiterplattenmontage,Leiterplattenherstellung, PCB-Oberflächenbeschaffenheit
Es gibt viele Tipps zur Oberflächenbeschaffenheit, z. B. hat bleifreies HASL Probleme mit der gleichmäßigen Ebenheit.Elektrolytisches Ni/Au ist sehr teuer und wenn sich zu viel Gold auf dem Pad ablagert, kann dies zu spröden Lötstellen führen.Immersionszinn weist eine Verschlechterung der Lötbarkeit auf, wenn es mehreren Wärmezyklen ausgesetzt wird, wie etwa bei einem PCBA-Reflow-Prozess auf der Ober- und Unterseite usw. Die Unterschiede der oben genannten Oberflächenbeschaffenheiten müssen klar bekannt sein.Die folgende Tabelle zeigt eine grobe Bewertung der häufig verwendeten Oberflächenveredelungen von Leiterplatten.
Tabelle 1: Kurze Beschreibung des Herstellungsprozesses, der wesentlichen Vor- und Nachteile sowie typischer Anwendungen beliebter bleifreier Oberflächenveredelungen von Leiterplatten
| PCB-Oberflächenbeschaffenheit | Verfahren | Dicke | Vorteile | Nachteile | Typische Anwendungen |
| Bleifreies HASL | Leiterplatten werden in ein Bad aus geschmolzenem Zinn getaucht und dann mit Heißluftmessern angeblasen, um sie flach zu streichen und überschüssiges Lot zu entfernen. | 30µZoll (1µm) -1500µZoll (40µm) | Gute Lötbarkeit;Weit verbreitet;Kann repariert/überarbeitet werden;Langes Regal lang | Unebene Oberflächen;Thermoschock;Schlechte Benetzung;Lötbrücke;Verstopfte PTHs. | Weit verbreitet;Geeignet für größere Pads und Abstände;Nicht geeignet für HDI mit <20 mil (0,5 mm) Fine Pitch und BGA;Nicht gut für PTH;Nicht geeignet für dicke Kupferplatinen;Typische Anwendung: Leiterplatten für elektrische Tests, Handlöten, einige Hochleistungselektronikgeräte wie Luft- und Raumfahrt- und Militärgeräte. |
| OSP | Durch chemisches Auftragen einer organischen Verbindung auf die Plattenoberfläche entsteht eine organische Metallschicht, um freiliegendes Kupfer vor Rost zu schützen. | 46µin (1,15µm)-52µin (1,3µm) | Niedrige Kosten;Die Ballen sind gleichmäßig und flach;Gute Lötbarkeit;Kombinierbar mit anderen Oberflächenausführungen;Der Prozess ist einfach;Nacharbeit möglich (innerhalb der Werkstatt). | Empfindlich bei der Handhabung;Kurze Haltbarkeit.Sehr begrenzte Lotausbreitung;Verschlechterung der Lötbarkeit bei erhöhten Temperaturen und Zyklen;Nicht leitend;Schwierig zu prüfen, ICT-Sonde, Ionen- und Presssitzprobleme | Weit verbreitet;Gut geeignet für SMT/fine pitches/BGA/kleine Komponenten;Servierbretter;Nicht gut für PTHs;Nicht für die Crimptechnik geeignet |
| ENIG | Ein chemischer Prozess, bei dem das freiliegende Kupfer mit Nickel und Gold beschichtet wird, sodass es aus einer doppelten Metallschicht besteht. | 2µin (0,05µm) – 5µin (0,125µm) Gold über 120µin (3µm) – 240µin (6µm) Nickel | Hervorragende Lötbarkeit;Die Ballen sind flach und gleichmäßig;Biegbarkeit von Al-Drähten;Niedriger Kontaktwiderstand;Lange Haltbarkeit;Gute Korrosionsbeständigkeit und Haltbarkeit | „Black Pad“-Bedenken;Signalverlust für Signalintegritätsanwendungen;Nacharbeiten nicht möglich | Hervorragend geeignet für die Bestückung mit feinem Rastermaß und komplexer Oberflächenmontage (BGA, QFP…);Hervorragend geeignet für verschiedene Lötarten;Bevorzugt für PTH, Presspassung;Drahtbondbar;Empfohlen für Leiterplatten mit hochzuverlässigen Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Militär, Medizin und High-End-Verbraucher usw.;Nicht empfohlen für Touch-Kontaktpads. |
| Elektrolytisches Ni/Au (Weichgold) | 99,99 % rein – 24 Karat Gold, das vor dem Löten in einem elektrolytischen Verfahren auf die Nickelschicht aufgetragen wird. | 99,99 % reines Gold, 24 Karat, 30 µin (0,8 µm) -50 µin (1,3 µm) über 100 µin (2,5 µm) -200 µin (5 µm) Nickel | Harte, haltbare Oberfläche;Große Leitfähigkeit;Ebenheit;Biegbarkeit von Al-Drähten;Niedriger Kontaktwiderstand;Lange Haltbarkeit | Teuer;Au-Versprödung, wenn zu dick;Layoutbeschränkungen;Extra verarbeitungs-/arbeitsintensiv;Nicht zum Löten geeignet;Die Beschichtung ist nicht gleichmäßig | Wird hauptsächlich beim Drahtbonden (Al und Au) in Chipgehäusen wie COB (Chip on Board) verwendet. |
| Elektrolytisches Ni/Au (Hartgold) | 98 % reines 23-Karat-Gold mit Härtern, die dem Beschichtungsbad zugesetzt werden und durch einen elektrolytischen Prozess auf die Nickelschicht aufgetragen werden. | 98 % reines Gold, 23 Karat, 30 µin (0,8 µm) - 50 µin (1,3 µm) über 100 µin (2,5 µm) - 150 µin (4 µm) Nickel | Hervorragende Lötbarkeit;Die Ballen sind flach und gleichmäßig;Biegbarkeit von Al-Drähten;Niedriger Kontaktwiderstand;Nacharbeitbar | Anlaufkorrosion (Handhabung und Lagerung) in einer Umgebung mit hohem Schwefelgehalt;Reduzierte Lieferkettenoptionen zur Unterstützung dieses Ziels;Kurzes Betriebsfenster zwischen den Montagephasen. | Wird hauptsächlich für elektrische Verbindungen wie Randverbinder (Goldfinger), IC-Trägerplatinen (PBGA/FCBGA/FCCSP...), Tastaturen, Batteriekontakte und einige Testpads usw. verwendet. |
| Immersion Ag | Nach dem Ätzen, aber vor der Lötmaske wird durch einen stromlosen Beschichtungsprozess eine Silberschicht auf der Kupferoberfläche abgeschieden | 5 µin (0,12 µm) -20 µin (0,5 µm) | Hervorragende Lötbarkeit;Die Ballen sind flach und gleichmäßig;Biegbarkeit von Al-Drähten;Niedriger Kontaktwiderstand;Nacharbeitbar | Anlaufkorrosion (Handhabung und Lagerung) in einer Umgebung mit hohem Schwefelgehalt;Reduzierte Lieferkettenoptionen zur Unterstützung dieses Ziels;Kurzes Betriebsfenster zwischen den Montagephasen. | Kostengünstige Alternative zu ENIG für feine Leiterbahnen und BGA;Ideal für Anwendungen mit Hochgeschwindigkeitssignalen;Gut für Membranschalter, EMI-Abschirmung und Aluminiumdrahtbonden;Geeignet für Presspassung. |
| Immersion Sn | In einem stromlosen chemischen Bad scheidet sich eine weiße, dünne Zinnschicht direkt auf dem Kupfer von Leiterplatten ab und dient als Barriere zur Vermeidung von Oxidation. | 25µin (0,7µm)-60µin (1,5µm) | Am besten geeignet für Press-Fit-Technologie;Kosteneffizient;Planar;Hervorragende Lötbarkeit (im frischen Zustand) und Zuverlässigkeit;Ebenheit | Verschlechterung der Lötbarkeit bei erhöhten Temperaturen und Zyklen;Bei der Endmontage freiliegendes Zinn kann korrodieren;Umgang mit Problemen;Zinnbart;Nicht für PTH geeignet;Enthält Thioharnstoff, ein bekanntes Karzinogen. | Empfohlen für Großserienproduktionen;Gut für SMD-Bestückung, BGA;Am besten für Presssitze und Rückwandplatinen geeignet;Nicht empfohlen für PTH, Kontaktschalter und die Verwendung mit abziehbaren Masken |
Tabelle 2: Eine Bewertung typischer Eigenschaften moderner Leiterplattenoberflächen in Bezug auf Produktion und Anwendung
| Herstellung der gängigsten Oberflächenveredelungen | |||||||||
| Eigenschaften | ENIG | ENEPIG | Weiches Gold | Hartgold | IAG | ISn | HASL | HASL-LF | OSP |
| Popularität | Hoch | Niedrig | Niedrig | Niedrig | Mittel | Niedrig | Niedrig | Hoch | Mittel |
| Prozesskosten | Hoch (1,3x) | Hoch (2,5x) | Höchste (3,5x) | Höchste (3,5x) | Mittel (1,1x) | Mittel (1,1x) | Niedrig (1,0x) | Niedrig (1,0x) | Niedrigster Wert (0,8x) |
| Kaution | Eintauchen | Eintauchen | Elektrolytisch | Elektrolytisch | Eintauchen | Eintauchen | Eintauchen | Eintauchen | Eintauchen |
| Haltbarkeit | Lang | Lang | Lang | Lang | Mittel | Mittel | Lang | Lang | Kurz |
| RoHS-konform | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | No | Ja | Ja |
| Oberflächenkoplanarität für SMT | Exzellent | Exzellent | Exzellent | Exzellent | Exzellent | Exzellent | Arm | Gut | Exzellent |
| Freiliegendes Kupfer | No | No | No | Ja | No | No | No | No | Ja |
| Handhabung | Normal | Normal | Normal | Normal | Kritisch | Kritisch | Normal | Normal | Kritisch |
| Prozessaufwand | Mittel | Mittel | Hoch | Hoch | Mittel | Mittel | Mittel | Mittel | Niedrig |
| Nacharbeitskapazität | No | No | No | No | Ja | Nicht empfohlen | Ja | Ja | Ja |
| Erforderliche thermische Zyklen | mehrere | mehrere | mehrere | mehrere | mehrere | 2-3 | mehrere | mehrere | 2 |
| Whisker-Problem | No | No | No | No | No | Ja | No | No | No |
| Thermoschock (PCB MFG) | Niedrig | Niedrig | Niedrig | Niedrig | Sehr niedrig | Sehr niedrig | Hoch | Hoch | Sehr niedrig |
| Geringer Widerstand / hohe Geschwindigkeit | No | No | No | No | Ja | No | No | No | N / A |
| Anwendungen der am häufigsten verwendeten Oberflächenveredelungen | |||||||||
| Anwendungen | ENIG | ENEPIG | Weiches Gold | Hartes Gold | IAG | ISn | HASL | LF-HASL | OSP |
| Starr | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Biegen | Eingeschränkt | Eingeschränkt | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Flex-Starr | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Nicht bevorzugt |
| Feine Tonhöhe | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Nicht bevorzugt | Nicht bevorzugt | Ja |
| BGA und μBGA | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Nicht bevorzugt | Nicht bevorzugt | Ja |
| Mehrfach lötbar | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Eingeschränkt |
| Flip Chip | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | No | No | Ja |
| Presspassen | Eingeschränkt | Eingeschränkt | Eingeschränkt | Eingeschränkt | Ja | Exzellent | Ja | Ja | Eingeschränkt |
| Durchgangsloch | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja | No | No | No | No |
| Drahtbonden | Ja (Al) | Ja (Al, Au) | Ja (Al, Au) | Ja (Al) | Variable (Al) | No | No | No | Ja (Al) |
| Benetzbarkeit des Lotes | Gut | Gut | Gut | Gut | Sehr gut | Gut | Arm | Arm | Gut |
| Integrität der Lötverbindung | Gut | Gut | Arm | Arm | Exzellent | Gut | Gut | Gut | Gut |
Die Haltbarkeit ist ein entscheidendes Element, das Sie bei der Erstellung Ihrer Produktionspläne berücksichtigen müssen.Haltbarkeitist das Arbeitsfenster, das der Endbearbeitung eine vollständige Schweißbarkeit der Leiterplatte gewährleistet.Es ist wichtig, sicherzustellen, dass alle Ihre Leiterplatten innerhalb der Haltbarkeitsdauer zusammengebaut werden.Neben dem Material und dem Prozess, aus dem die Oberflächenveredelung hergestellt wird, wird auch die Haltbarkeit der Veredelung stark beeinflusstdurch die Verpackung und Lagerung von Leiterplatten.Durch die strikte Einhaltung der richtigen, in den IPC-1601-Richtlinien vorgeschlagenen Lagerungsmethode bleiben die Schweißbarkeit und Zuverlässigkeit der Oberflächen erhalten.
Tabelle 3: Vergleich der Haltbarkeitsdauer beliebter Leiterplattenoberflächen
|
| Typisches SHEL LIFE | Empfohlene Haltbarkeitsdauer | Nacharbeitschance |
| HASL-LF | 12 Monate | 12 Monate | JA |
| OSP | 3 Monate | 1 Monat | JA |
| ENIG | 12 Monate | 6 Monate | NEIN* |
| ENEPIG | 6 Monate | 6 Monate | NEIN* |
| Elektrolytisches Ni/Au | 12 Monate | 12 Monate | NO |
| IAG | 6 Monate | 3 Monate | JA |
| ISn | 6 Monate | 3 Monate | JA** |
* Für die ENIG- und ENEPIG-Veredelung ist ein Reaktivierungszyklus zur Verbesserung der Oberflächenbenetzbarkeit und Haltbarkeit verfügbar.
** Nacharbeiten mit chemischem Zinn werden nicht empfohlen.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. November 2022
