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Vor- und Nachteile von Sprühzinn, ENIG, Chemisch Silber, Chemisch Zinn und OSP

2024-05-29Reporter: SprintPCB

Unter Oberflächenbehandlung (Beschichtung) versteht man das Aufbringen einer lötfähigen Beschichtung oder Schutzschicht auf die elektrischen Anschlusspunkte der Leiterplatte (wie Pads, Vias und Leiterbahnen) außerhalb der Lötmaske. Diese „Oberflächen“ sind die Anschlusspunkte auf der Leiterplatte, die elektrische Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten oder anderen Systemen und der Leiterplattenschaltung herstellen. Blankes Kupfer selbst ist hervorragend lötbar, oxidiert jedoch leicht und wird an der Luft verunreinigt, weshalb eine Oberflächenbehandlung der Leiterplatte notwendig ist.

Sprühdose

Definition von Sprühdose:

Auch bekannt als Hot Air Solder Leveling (HASL). Dabei werden die Pads und Vias auf der Leiterplattenoberfläche mit geschmolzenem Sn/Pb-Lot beschichtet und mit erhitzter Druckluft nivelliert, wodurch eine intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung entsteht.

Arten von Sprühdosen:

Bleifreie Sprühdose und bleihaltige Sprühdose. Bleifrei ist erforderlich, um die Umweltvorschriften (RoHS) einzuhalten.

Vorteile der Sprühdose:

- Niedrige Kosten - Ausgereifter Prozess - Hohe Oxidationsbeständigkeit - Hervorragende Lötbarkeit

Nachteile der Sprühdose:

- Pads können eine raue Oberfläche entwickeln (Orangenhauteffekt) - Unzureichende Ebenheit für Fine-Pitch-Komponenten

Immersion Gold (ENIG)

Definition von ENIG:

Auch bekannt als Chemisch Nickel Immersion Gold. Bei diesem Verfahren wird eine Nickelschicht auf den Leiteroberflächen der Leiterplatte abgeschieden, gefolgt von einer Goldschicht (0,025–0,075 µm).

Vorteile von ENIG:

- Gute Pad-Ebenheit - Schützt sowohl die Pad-Oberfläche als auch die Seiten - Geeignet für verschiedene Lötarten, einschließlich Bonden

Nachteile von ENIG:

- Komplexer Prozess - Hohe Kosten - Risiko eines Black-Pad-Defekts (Passivierung der Nickelschicht) - Nickelschicht enthält 6-9 % Phosphor - Eine Golddicke über 5U kann zu Sprödigkeit der Lötstelle führen ENIG-Kristallgitter

Chemisch Silber

Definition von Chemisch Silber :

Dabei wird eine Silberschicht auf der Oberfläche des PCB-Pads abgeschieden, indem das Kupfer durch Silber ersetzt wird. Dadurch entsteht eine poröse Mikrostruktur (Dicke typischerweise 0,15–0,25 µm).

Vorteile von Chemisch Silber:

- Einfacher Prozess - Flache Pad-Oberfläche - Schützt Pad-Oberfläche und -Seiten - Niedrigere Kosten als ENIG - Gute Lötbarkeit

Nachteile von Chemisch Silber:

- Anfällig für Oxidation - Verfärbt sich (gelb oder schwarz) bei Kontakt mit Halogeniden/Sulfiden - Kann unkontrolliert galvanische Korrosion verursachen, die zu Kurzschlüssen führt - Mehrere Lötzyklen können die Lötbarkeit verschlechtern

Chemisch Zinn

Definition von Chemisch Zinn :

Hinterlegt eine Zinnschicht auf der Oberfläche des PCB-Pads, indem das Kupfer durch Zinn ersetzt wird, wodurch eine intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung entsteht.

Vorteile von Chemisch Zinn:

- Gute Lötbarkeit ähnlich wie HASL - Ebenheit vergleichbar mit ENIG ohne Probleme mit der intermetallischen Diffusion

Nachteile von Chemisch Zinn:

- Kurze Lagerfähigkeit - Anfällig für die Bildung von Zinnwhiskern - Zinnwhisker und Zinnmigration können beim Löten zu Zuverlässigkeitsproblemen führen

OSP (Organisches Lötbarkeitskonservierungsmittel)

Definition von OSP:

Auch als organischer Oberflächenschutz bekannt. Dabei werden die Leiterbahnen der Leiterplatte mit einer organischen Verbindung (normalerweise Alkylbenzimidazol) beschichtet, um die Pads und Vias zu schützen.

Vorteile von OSP:

- Flache Padoberfläche - Schützt Padoberfläche und -seiten - Geringe Kosten - Einfache Verarbeitung

Nachteile von OSP:

- Dünne Beschichtung (0,25–0,45 µm) - Schlechte Lötbarkeit bei unsachgemäßer Handhabung - Nicht geeignet für mehrere Lötzyklen, insbesondere in bleifreien Umgebungen - Kurze Haltbarkeit - Kann nicht zum Bonden verwendet werden