Heutzutage, da sich elektronische Geräte in Richtung Miniaturisierung und Höchstleistung weiterentwickeln, wirkt sich die Leistung von Leiterplatten als Kernträger elektronischer Systeme direkt auf die Gesamtbetriebsqualität der Geräte aus. Die Beschichtungstechnologie von Leiterplatten als wichtiges Mittel zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Leiterplatten erhält zunehmende Aufmerksamkeit. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung eines stabilen Betriebs und der Verlängerung der Lebensdauer elektronischer Geräte, indem es die Oberfläche der Leiterplatte mit einem oder mehreren dünnen Filmen aus bestimmten Materialien bedeckt und der Leiterplatte neue funktionelle Eigenschaften wie verbesserte Leitfähigkeit, verbesserte Oxidationsbeständigkeit und verbesserte Lötbarkeit verleiht.
1, Zweck und Bedeutung der Leiterplattenbeschichtung
(1) Leiterplatten vor Umwelterosion schützen
Während des Einsatzes von Leiterplatten sind sie verschiedenen komplexen Umwelteinflüssen ausgesetzt, wie z. B. feuchte Luft, korrosive Gase, Staub usw. Diese Faktoren führen nach und nach zur Erosion der Metallleitungen auf der Oberfläche der Leiterplatte, was zu Oxidation der Kupferfolie, Leitungskorrosion und letztendlich zu Schaltkreisausfällen führt. Durch die Beschichtung kann ein dichter Schutzfilm auf der Oberfläche der Leiterplatte gebildet werden, der den direkten Kontakt zwischen der äußeren Umgebung und der Leiterplatte wirksam isoliert und die Geschwindigkeit der Metalloxidation und -korrosion verlangsamt. Beispielsweise können beschichtete Leiterplatten in rauen Umgebungen wie Küstengebieten oder in der Nähe von Chemieunternehmen eine um ein Vielfaches längere Lebensdauer haben als unbeschichtete Leiterplatten.
(2) Verbessern Sie die elektrische Leistung von Leiterplatten
Einige Beschichtungsmaterialien weisen eine gute Leitfähigkeit auf. Durch die Beschichtung der Leiterplattenoberfläche mit diesen Materialien kann der Widerstand der Schaltung verringert und die Effizienz und Stabilität der Signalübertragung verbessert werden. In Hochfrequenzschaltungen ist die Signalübertragungsgeschwindigkeit schnell und die Frequenz hoch, was eine extrem hohe Impedanzanpassung der Schaltung erfordert. Eine geeignete Beschichtung kann die Impedanzeigenschaften der Schaltung optimieren, Signalreflexion und -verlust reduzieren und eine qualitativ hochwertige Übertragung von Hochfrequenzsignalen gewährleisten. Darüber hinaus verfügen einige Beschichtungen auch über Isolationseigenschaften, die eine Isolationsschicht auf der Leiterplatte bilden, Leitungen mit unterschiedlichen Potenzialen isolieren, Kurzschlüsse verhindern und die elektrische Zuverlässigkeit der Leiterplatte weiter verbessern können.
(3) Verbessern Sie die Lötbarkeit von Leiterplatten
Eine gute Lötbarkeit ist der Schlüssel zur Gewährleistung einer zuverlässigen Verbindung zwischen elektronischen Bauteilen und Leiterplatten während des Montageprozesses von Leiterplatten. Allerdings können Oxidation, Verunreinigungen und andere Probleme auf der Oberfläche der Leiterplatte deren Lötbarkeit beeinträchtigen und zu Defekten wie schlechter Lötung und virtuellem Löten führen. Durch die Beschichtung können Oxide von der Oberfläche von Leiterplatten entfernt werden, wodurch eine leicht zu lötende Oberflächenschicht entsteht, die Benetzung und Verbindung zwischen Lot und Leiterplatten verbessert, der Lötprozess reibungsloser gestaltet und die Montageeffizienz und Produktqualität verbessert werden.
2, Gängige Arten der Leiterplattenbeschichtung
(1) Chemische Nickelvergoldung
Die chemische Nickelvergoldung ist eines der am weitesten verbreiteten Beschichtungsverfahren in der heutigen Leiterplattenindustrie. Bei diesem Verfahren wird zunächst durch chemisches Plattieren eine Nickelschicht auf der Oberfläche der Leiterplatte abgeschieden, deren Dicke im Allgemeinen zwischen 3 und 5 μm liegt. Die Nickelschicht weist eine gute Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf, was einen vorläufigen Schutz für die Leiterplatte bieten kann. Unterdessen kann das Vorhandensein einer Nickelschicht verhindern, dass Kupfer in die Goldschicht diffundiert, wodurch Verfärbungen und Leistungseinbußen der Goldschicht vermieden werden. Auf der Nickelschicht wird durch eine Verdrängungsreaktion eine Goldschicht abgeschieden, deren Dicke typischerweise zwischen 0,05 und 0,1 μm liegt. Die Goldschicht weist eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, Leitfähigkeit und Schweißbarkeit auf, wodurch die Nickelschicht wirksam geschützt werden kann. Beim Lötprozess elektronischer Bauteile kann sich die Goldschicht schnell im Lot auflösen und so gute Lötergebnisse erzielen. Das stromlose Nickel-Vergoldungsverfahren eignet sich für Leiterplatten, die eine hohe Oberflächenebenheit, Lötbarkeit und Zuverlässigkeit erfordern, wie z. B. Computer-Motherboards, Mobiltelefon-Leiterplatten usw.
(2) Chemische Nickel-Palladium-Beschichtung
Der chemische Nickel-Palladium-Beschichtungsprozess wurde auf der Grundlage des chemischen Nickel-Gold-Beschichtungsprozesses entwickelt. Im Vergleich zum ENIG-Verfahren wird zwischen der Nickelschicht und der Goldschicht eine Palladiumschicht hinzugefügt, deren Dicke im Allgemeinen zwischen 0,05 und 0,1 μm liegt. Durch die Hinzufügung einer Palladiumschicht kann das Auftreten des Phänomens der „schwarzen Scheibe“ wirksam unterdrückt werden. Das Phänomen der „schwarzen Scheibe“ bezieht sich auf den ungleichmäßigen Phosphorgehalt auf der Oberfläche der Nickelschicht oder die chemische Reaktion zwischen der Nickelschicht und der Goldschicht in Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit in der ENIG-Technologie, die dazu führt, dass die Oberfläche der Nickelschicht schwarz wird und dadurch die Lötleistung und Zuverlässigkeit der Leiterplatte beeinträchtigt wird. Die Palladiumschicht im ENEPIG-Verfahren kann unerwünschte Reaktionen zwischen Nickel und Gold verhindern und so die Stabilität und Zuverlässigkeit der Beschichtung verbessern. Dieses Verfahren eignet sich für Bereiche, die eine extrem hohe Zuverlässigkeit erfordern, wie z. B. Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte usw.
(3) Organischer Lötschutzfilm
Bei einem organischen Lötschutzfilm handelt es sich um ein Beschichtungsverfahren, bei dem organische Dünnfilme auf die Oberfläche von Leiterplatten aufgetragen werden. Die Dicke der OSP-Folie ist extrem gering, normalerweise zwischen 0,2 und 0,5 μm. Es bildet durch chemische Methoden einen transparenten organischen Film auf der Kupferoberfläche, der Kupfer für einen bestimmten Zeitraum vor Oxidation schützen kann und sich beim Schweißen schnell zersetzen kann, ohne den Schweißeffekt zu beeinträchtigen. Die OSP-Technologie bietet die Vorteile niedriger Kosten, einfacher Prozesse und Umweltschutz und eignet sich für Leiterplatten, die kostenempfindlich sind und bestimmte Anforderungen an die Lötbarkeit stellen, wie z. B. Leiterplatten in der Unterhaltungselektronik, gewöhnlichen Haushaltsgeräten und anderen Bereichen. Allerdings ist die antioxidative Kapazität der OSP-Folie relativ gering und ihre Lagerzeit begrenzt. Im Allgemeinen müssen Schweiß- und Montagearbeiten innerhalb kurzer Zeit nach der Beschichtung abgeschlossen sein.
(4) Chemische Fällung von Silber
Beim Silberabscheidungsprozess wird durch eine Verdrängungsreaktion eine dünne Silberschicht auf der Oberfläche der Leiterplatte abgeschieden. Die Silberschicht weist eine hervorragende Leitfähigkeit (nach Gold an zweiter Stelle) und Lötbarkeit auf, wodurch der Leitungswiderstand wirksam verringert und die Signalübertragungsleistung verbessert werden kann. Allerdings ist die chemische Stabilität der Silberschicht schlecht und sie neigt zur Oxidation oder Schwefelung. Daher ist es oft notwendig, organische Schutzmittel aufzutragen oder eine Goldtauchbehandlung durchzuführen, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Dieses Verfahren eignet sich für Hochfrequenzschaltkreise (z. B. 5G- und Satellitenkommunikationsgeräte). In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und hohem Schwefelgehalt ist jedoch eine sorgfältige Konstruktion erforderlich, um Silbermigration oder Korrosion zu vermeiden.
3, Der Prozess der Beschichtung von Leiterplatten
(1) Vorverarbeitung
Die Vorbehandlung ist der grundlegende Schritt der Leiterplattenbeschichtung. Ziel ist es, Verunreinigungen wie Öl, Oxide, Staub usw. von der Oberfläche der Leiterplatte zu entfernen, um einen sauberen und aktivierten Zustand zu erreichen und eine gute Grundlage für nachfolgende Beschichtungsprozesse zu schaffen. Die Vorbehandlung umfasst normalerweise Prozesse wie Ölentfernung, Mikroätzen, Säurewaschen und Wasserwaschen. Beim Entfettungsprozess werden alkalische oder organische Lösungsmittel verwendet, um Ölflecken von der Oberfläche der Leiterplatte zu entfernen. Der Mikroätzprozess entfernt durch chemische Korrosion die Oxidschicht und leichte Grate auf der Oberfläche der Leiterplatte, erhöht die Oberflächenrauheit und verbessert die Haftung zwischen Beschichtung und Leiterplatte; Der Beizprozess wird verwendet, um Oxide weiter von der Metalloberfläche zu entfernen und den Säuregehalt oder die Alkalität der Oberfläche anzupassen. Der Wasserwaschprozess wird verwendet, um chemische Reagenzienreste aus den vorherigen Schritten zu reinigen und zu entfernen.
(2) Beschichtung
Je nach Beschichtungsart kommen bei der Beschichtung entsprechende Beschichtungsverfahren zum Einsatz. Am Beispiel der stromlosen Vernickelung wird die Leiterplatte nach Abschluss der Vorbehandlung in eine Lösung zur stromlosen Vernickelung getaucht, die Nickelsalze, Reduktionsmittel, Chelatbildner und andere Komponenten enthält. Unter geeigneten Temperaturbedingungen (normalerweise 80–90 Grad) und pH-Werten (normalerweise 4,5–5,5) werden Nickelionen durch das Reduktionsmittel auf der Oberfläche der Leiterplatte reduziert und bilden eine Nickelschicht. Nachdem die Vernickelung abgeschlossen ist, überführen Sie die Leiterplatte in eine Vergoldungslösung und scheiden durch eine Verdrängungsreaktion eine Goldschicht auf der Oberfläche der Nickelschicht ab. Während des Beschichtungsprozesses ist es notwendig, die Prozessparameter wie Lösungszusammensetzung, Temperatur, pH-Wert und Zeit streng zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass Dicke, Gleichmäßigkeit und Qualität der Beschichtung den Anforderungen entsprechen.
(3) Nachbearbeitung
Die Nachbehandlung umfasst hauptsächlich Prozesse wie Waschen, Trocknen und Testen mit Wasser. Durch Waschen mit Wasser werden Rückstände von Beschichtungslösungen und chemischen Reagenzien auf der Oberfläche von Leiterplatten entfernt, um deren nachteilige Auswirkungen auf die Leistung von Leiterplatten zu verhindern. Beim Trocknen wird Feuchtigkeit von der Oberfläche der Leiterplatte entfernt, um zu verhindern, dass Restfeuchtigkeit Rost oder andere Qualitätsprobleme verursacht. Der Testprozess bewertet umfassend die Qualität der Beschichtung durch verschiedene Testmethoden, wie z. B. visuelle Inspektion, Filmdickenmessung, Lötbarkeitstest, Leitfähigkeitstest usw., um sicherzustellen, dass die beschichtete Leiterplatte den Designanforderungen und Nutzungsstandards entspricht.