Das Kernmaterial von Leiterplatten, Kupfer, neigt zur Oxidation, was sich auf die Lötbarkeit und elektrische Leistung auswirkt. Ziel der Oberflächenbehandlung ist es, eine Schutzschicht auf der Kupferoberfläche aufzubauen, um deren stabilen Betrieb zu gewährleisten. Gegenwärtig sind Verfahren wie Heißluftnivellierung, organische Beschichtung und stromlose Nickel-/Vergoldung weit verbreitet, jedes mit seinen eigenen Vor- und Nachteilen und anwendbaren Szenarien.
Das Kernmaterial von Leiterplatten, Kupfer, neigt zur Oxidation, was sich auf die Lötbarkeit und elektrische Leistung auswirkt. Ziel der Oberflächenbehandlung ist es, eine Schutzschicht auf der Kupferoberfläche aufzubauen, um deren stabilen Betrieb zu gewährleisten. Gegenwärtig sind Verfahren wie Heißluftnivellierung, organische Beschichtung und stromlose Nickel-/Vergoldung weit verbreitet, jedes mit seinen eigenen Vor- und Nachteilen und anwendbaren Szenarien.
1, Heißluftnivellierungsprozess
Die Heißluftnivellierung wird erreicht, indem die Oberfläche der Leiterplatte mit geschmolzenem Zinn-Blei-Lot beschichtet und mit erhitzter Druckluft nivelliert wird, wodurch eine antioxidative und lötbare Beschichtung entsteht. Während des Prozesses entsteht eine 1–2 mm dicke intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindung. Dieses Verfahren wird in vertikale und horizontale Typen unterteilt, wobei letztere aufgrund der gleichmäßigen Beschichtung und der einfachen automatisierten Produktion bevorzugter ist.
Der Prozess umfasst Mikroätzen, Vorwärmen, Flussmittelbeschichtung, Zinnsprühen und Reinigen. Dieses Verfahren zeichnet sich durch niedrige Kosten, gute Schweißbarkeit und ausgereifte Technologie aus, weist jedoch Probleme wie eine schlechte Oberflächenebenheit, eine einfache Herstellung von Zinnperlen und eine schlechte Umweltfreundlichkeit auf. Es eignet sich für Bereiche der Unterhaltungselektronik und der Industriesteuerung, die kostensensibel sind und geringe Anforderungen an Ebenheit und Feinschweißung stellen, wie z. B. Heimsteuerplatinen.
2, organischer Beschichtungsprozess
OSP bildet chemisch einen organischen Film auf der Oberfläche von blankem Kupfer, der normalerweise gegen Oxidation beständig ist und beim Schweißen mit Flussmittel entfernt werden kann. Heutzutage wird häufig Benzimidazol verwendet, und um mehrfaches Reflow-Löten zu bewältigen, müssen mehrere organische Beschichtungsschichten aufgebaut werden. Der Prozessablauf umfasst Entfetten, Mikroätzen, Säurewaschen, Reinigen, organische Beschichtung und Sekundärreinigung, und die Prozesssteuerung ist relativ einfach.
Die OSP-Technologie ist einfach und kostengünstig-; etwa 25 % -30 % der Leiterplatten nutzen sie und ein zunehmender Anteil bietet den Vorteil des Lötens mit blankem Kupfer. Es ist jedoch anfällig gegenüber Säure und Feuchtigkeit, was zu einer schlechten sekundären Reflow-Lötleistung, einer begrenzten Lager- und Nutzungszeit und gewissen Schwierigkeiten bei der Prüfung und Montage führt. Geeignet für Szenarien mit geringen Anforderungen an die Oberflächenverbindungsfunktionalität und Lagerfähigkeit, wie z. B. Leiterplatten für Fernseher, Chip-Verpackungsplatten mit hoher Dichte usw.
3, Chemisches Vernickeln/Eintauchen in Gold
ENIG bildet auf der Kupferoberfläche eine Nickel-Gold-Legierungsschicht, die die Leiterplatte lange schützen kann. Im Vergleich zu OSP sind die elektrische Leistung und die Umweltbeständigkeit besser. Die Vernickelung kann die Diffusion von Gold und Kupfer verhindern und außerdem die Ausdehnung in Z--Richtung bei hohen Temperaturen kontrollieren, was für blei-freies Löten von Vorteil ist. Der Prozess umfasst Beizen und Reinigen, Mikroätzen, Voreintauchen, Aktivierung, chemische Vernickelung und chemisches Eintauchen in Gold, was komplex und schwer zu kontrollieren ist.
Dieser Prozess ist nicht leicht zu oxidieren, kann lange gelagert werden, hat eine glatte Oberfläche, eignet sich zum Löten von Stiften mit feinem Spalt, hält mehrfachem Reflow-Löten stand und kann als Substrat für das COB-Drahtbonden verwendet werden. Allerdings machen die hohen Kosten, die geringe Schweißfestigkeit und die Anfälligkeit für Black-Disk-Probleme die langfristige Zuverlässigkeit fraglich. Wird hauptsächlich in Bereichen eingesetzt, die eine hohe Oberflächenverbindungsfunktionalität und eine lange Haltbarkeit erfordern, wie zum Beispiel Tastenbereiche von Mobiltelefonen, Router-Verbindungsbereiche usw. Derzeit werden etwa 10–20 % der Leiterplatten verwendet.
4, Silbersinkprozess
Der Silberabscheidungsprozess liegt zwischen OSP und ENIG, einfach und schnell. Obwohl es keine dicke Schutzschicht bilden kann, kann es eine gute elektrische Leistung und Schweißbarkeit aufrechterhalten. Allerdings verliert die Oberfläche an Glanz und die physikalische Festigkeit lässt nach. Es bildet durch Verdrängungsreaktion eine Beschichtung aus reinem Silber im Submikronbereich, wobei manchmal organische Verbindungen hinzugefügt werden, um Silberkorrosion und -migration zu verhindern.
Der Silberabscheidungsprozess ist einfach, bietet eine gute elektrische Leistung und Schweißbarkeit sowie eine gute Speicherkapazität, ist jedoch nicht für Szenarien geeignet, die eine hohe mechanische Festigkeit erfordern. Es wird häufig in Bereichen eingesetzt, die eine hohe elektrische Leistung und Schweißbarkeit erfordern und kostensensibel sind, beispielsweise bei einigen Leiterplatten für Unterhaltungselektronik und Kommunikationsgeräte.
5, Zinnabscheidungsprozess
Aufgrund der Tatsache, dass Lot hauptsächlich auf Zinn basiert, sind die theoretischen Aussichten der Zinnabscheidungstechnologie vielfältig. Aufgrund der Einschränkungen von Zinnwhiskern und Zinnmigration wurde das Problem später durch die Zugabe organischer Additive gelöst, um eine gute thermische Stabilität und Schweißbarkeit zu gewährleisten und flache intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindungen zu bilden, das Ebenheitsproblem der Heißluftnivellierung zu vermeiden und Metalldiffusionsprobleme zu vermeiden. Allerdings ist die Lagerzeit von Aluminiumfolie kurz und die Montage muss nacheinander erfolgen. Geeignet für Szenarien, die eine hohe Schweißbarkeit, Ebenheit und schnelle Montage erfordern, wie z. B. elektronische Produkte der mittleren bis unteren Preisklasse.