Im Herstellungsprozess von Leiterplatten beeinflusst die Oberflächenbehandlungstechnologie nicht nur die Lötbarkeit und Korrosionsbeständigkeit der Leiterplatte, sondern hat auch einen tiefgreifenden Einfluss auf ihre elektrische Leistung und langfristige Zuverlässigkeit. Mit der rasanten Entwicklung der elektronischen Technologie,Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Leiterplattenwerden ständig weiterentwickelt, um höheren Leistungsanforderungen und Umweltstandards gerecht zu werden.
Heißluftnivellierung
Heißluftnivellierung, auch Heißluftlotnivellierung genannt, allgemein bekannt als Zinnspritzen. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche der Leiterplatte mit geschmolzenem Zinn-Blei-Lot beschichtet. - Heutzutage wird aus Umweltschutzgründen häufiger bleifreies Lot- verwendet. Dann wird erhitzte Druckluft verwendet, um das Lot zu nivellieren und eine Überzugsschicht zu bilden, die der Kupferoxidation wirksam widersteht und eine hervorragende Lötbarkeit bietet. Während der Warmklimatisierung interagiert das Lot mit Kupfer und bildet an der Verbindungsstelle eine Kupfer-Zinn-Metallverbindung mit einer Dicke von etwa 1–2 mil.
Dieser Prozess ist in vertikale und horizontale Typen unterteilt. Der horizontalen Beschichtung werden allgemein Vorteile zugeschrieben, da sie eine gleichmäßigere Beschichtung ermöglicht und eine automatisierte Produktion ermöglicht. Der allgemeine Prozess umfasst Schritte wie Mikroätzen, Vorwärmen, Flussmittelbeschichtung, Zinnsprühen und Reinigen. Das Heißluftnivellierungsverfahren ist ausgereift, mit ausreichender Versorgung, relativ geringen Kosten und guter Schweißbarkeit, geeignet für bleifreies Löten und ist eine der am weitesten verbreiteten Oberflächenbehandlungsmethoden in der Industrie. Allerdings ist seine Oberfläche nicht glatt genug, was das Schweißen von Fine-Pitch-Komponenten erschwert, und das bleihaltige HASL ist auch mit Umweltproblemen konfrontiert.
Organische Beschichtung
Bei der organischen Beschichtung handelt es sich um den Prozess des chemischen Aufwachsens einer organischen Filmschicht auf einer sauberen, blanken Kupferoberfläche. Diese Filmschicht ist wie ein treuer Wächter mit Oxidationsbeständigkeit, Hitzeschockbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit, der die Kupferoberfläche in normalen Umgebungen wirksam vor Korrosion wie Oxidation oder Vulkanisation schützen kann. Gleichzeitig kann es in der anschließenden Hochtemperatur-Schweißumgebung durch das Flussmittel schnell entfernt werden und Platz für die Schweißarbeit machen.
Das organische Beschichtungsverfahren ist in der Industrie aufgrund seiner erheblichen Vorteile eines einfachen Prozesses und niedriger Kosten weit verbreitet. Frühe organische Beschichtungsmoleküle bestanden hauptsächlich aus Imidazol und Benzotriazol, die eine Rostschutzwirkung hatten. Heutzutage sind neue Moleküle hauptsächlich Benzimidazol. Um sicherzustellen, dass es mehrfachem Reflow-Löten standhält, müssen mehrere organische Beschichtungsschichten auf der Kupferoberfläche gebildet werden, was die Zugabe von Kupferflüssigkeit zum Chemikalienbad erfordert. Tragen Sie zunächst die erste Schicht auf, die Kupfer adsorbiert. Dann verbindet sich die zweite Schicht organischer Beschichtungsmoleküle mit Kupfer und wird Schicht für Schicht gestapelt, bis eine Struktur aus zwanzig oder sogar Hunderten organischen Beschichtungsmolekülanordnungen entsteht. Allerdings ist die Korrosionsbeständigkeit der OSP-Beschichtung relativ gering, und den Bedingungen während der Lagerung und Verwendung sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Chemische Vernickelung/Tauchvergoldung
Bei der chemischen Vernickelung/Eintauchvergoldung wird eine sorgfältig gewickelte Schicht aus einer dicken und elektrisch hervorragenden Nickel-Gold-Legierung auf die Kupferoberfläche aufgetragen, als würde man eine starke „Panzerung“ auf die Leiterplatte aufbringen, die der Leiterplatte über einen langen Zeitraum zuverlässigen Schutz bieten kann. Im Gegensatz zu OSP, das nur als einfache Schutzschicht gegen Rost dient, kann die stromlose Vernickelung/Eintauchvergoldung eine gute elektrische Leistung bei langfristiger Verwendung von Leiterplatten aufrechterhalten und weist eine höhere Beständigkeit gegenüber Umweltveränderungen auf.
Der Grund für die Vernickelung liegt darin, dass zwischen Gold und Kupfer eine gegenseitige Diffusion stattfindet und die Nickelschicht als starke Barriere wirken kann, um diese Diffusion wirksam zu verhindern. Ohne die Barriere einer Nickelschicht kann Gold innerhalb weniger Stunden in Kupfer diffundieren. Darüber hinaus bietet die stromlose Vernickelung/Eintauchvergoldung viele Vorteile, wie beispielsweise die hohe Festigkeit des Nickels. Nur 5 µm dickes Nickel kann die Ausdehnung in Z-Richtung bei hohen Temperaturen effektiv kontrollieren und gleichzeitig die Auflösung von Kupfer verhindern, was besonders beim blei-freien Löten von Vorteil ist. Der allgemeine Prozess dieser Technologie umfasst Schritte wie Beizen und Reinigen mit Säure, Mikroätzen, Voreintauchen, Aktivierung, chemische Vernickelung und chemisches Eintauchen in Gold. Der Prozess umfasst sechs Chemikalientanks und fast hundert Chemikalien, was den Prozess relativ komplex macht.
Eintauchen in Silber
Das Silbertauchverfahren liegt zwischen OSP und stromloser Nickel-/Vergoldung und ist relativ einfach und schnell. Das Eintauchen von Silber wird tatsächlich durch Verdrängungsreaktionen erreicht, wodurch sich auf der Oberfläche der Leiterplatte eine reine Silberbeschichtung im Submikrometerbereich bildet. Manchmal werden während des Silbereintauchprozesses einige organische Verbindungen hinzugefügt, hauptsächlich um Silberkorrosion zu verhindern und Silbermigrationsprobleme zu beseitigen. Diese dünne Schicht organischer Verbindungen lässt sich jedoch meist nur schwer genau messen, und die Analyse zeigt, dass ihr Gewichtsanteil weniger als 1 % beträgt.
Selbst wenn es komplexen Umgebungen wie Hitze, Feuchtigkeit und Verschmutzung ausgesetzt wird, kann die durch den Tauchprozess gebildete Silberschicht immer noch gute elektrische Eigenschaften und Schweißbarkeit aufweisen, ihr Glanz kann jedoch nachlassen. Aufgrund des Fehlens einer Nickelschicht unter der Silberschicht ist Immersionssilber physikalisch nicht so stark wie stromlose Vernickelung/Tauchgold.
Zinntauchen
Angesichts der Tatsache, dass derzeit alle Lotmaterialien auf Zinn basieren und die Zinnschicht perfekt zu jeder Art von Lot passen kann, bietet das Tauchzinnverfahren aus dieser Perspektive breite Entwicklungsperspektiven. Allerdings waren in der Vergangenheit Leiterplatten, die mit der Zinn-Tauchtechnik behandelt wurden, anfällig für Zinn-Whisker-Probleme. Während des Lötprozesses stellten Zinnwhisker und Zinnmigrationsphänomene ernsthafte Herausforderungen für die Zuverlässigkeit dar, was die Anwendung der Zinntauchtechnologie stark einschränkte. Später wurde durch die Zugabe organischer Zusätze zur Zinnimmersionslösung die Struktur der Zinnschicht erfolgreich in Partikel umgewandelt, wodurch die oben genannten Schwierigkeiten effektiv überwunden wurden und dem Zinnimmersionsprozess außerdem eine gute thermische Stabilität und Lötbarkeit verliehen wurden.
Durch das Immersionszinnverfahren können flache intermetallische Kupfer-Zinn-Verbindungen gebildet werden, wodurch Tauchzinn hinsichtlich der Schweißbarkeit mit der Heißluftnivellierung vergleichbar ist, ohne die Ebenheitsprobleme, die bei der Heißluftnivellierung störend sind, und ohne die versteckten Gefahren der Metalldiffusion bei der chemischen Vernickelung/Eintauchvergoldung. Allerdings ist die Lagerzeit von Tauchzinnplatten begrenzt und bei zu langer Lagerung bildet sich auf ihrer Oberfläche Zinnoxid, das die Schweißwirkung beeinträchtigt. Daher ist es notwendig, beim Zusammenbau die Reihenfolge des Eintauchens des Zinns genau einzuhalten.
Andere Oberflächenbehandlungsverfahren
Galvanisiertes Nickelgold
Die Galvanisierung von Nickelgold kann als der „ältere Bruder“ der Leiterplatten-Oberflächenbehandlungstechnologie angesehen werden, die seit der Geburt der Leiterplatte existiert und nach und nach andere Prozesse ableitet. Bei diesem Verfahren wird auf der Oberfläche des Leiterplattenleiters eine Nickelschicht galvanisiert und anschließend eine Goldschicht galvanisiert. Die Hauptfunktion der Vernickelung besteht darin, die Diffusion zwischen Gold und Kupfer zu verhindern. Heutzutage wird galvanisch vernickeltes Nickelgold hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt: Die eine ist die Weichvergoldung, die hauptsächlich für die Golddrahtplattierung bei der Chipverpackung verwendet wird; Die andere Art ist die Hartvergoldung, die hauptsächlich für elektrische Verbindungen an Nicht-Lötstellen, wie z. B. Goldfingern, verwendet wird. Es ist zu beachten, dass Schweißarbeiten unter normalen Umständen dazu führen können, dass das galvanisierte Gold spröde wird und sich dadurch seine Lebensdauer verkürzt. Daher sollte das Schweißen auf galvanisiertem Gold möglichst vermieden werden; Aufgrund der dünnen und gleichmäßigen Goldschicht ist die Wahrscheinlichkeit einer Versprödung bei der chemischen Vernickelung/Tauchvergoldung jedoch relativ gering.
Chemische Palladiumbeschichtung
Der Prozess der stromlosen Palladiumbeschichtung ist dem der stromlosen Nickelbeschichtung sehr ähnlich. Das Hauptprinzip besteht darin, Palladiumionen mithilfe eines Reduktionsmittels wie Natriumdihydrogenphosphat auf einer katalytisch aktiven Oberfläche zu Palladium zu reduzieren. Das neu erzeugte Palladium kann auch als Katalysator dienen, um die kontinuierliche Reaktion zu fördern und so Palladiumschichten beliebiger Dicke zu erhalten. Die chemische Palladiumbeschichtung bietet die Vorteile einer hohen Schweißzuverlässigkeit, einer guten thermischen Stabilität und einer hervorragenden Oberflächenebenheit. Allerdings ist Palladium ein relativ seltenes Edelmetall, was zu relativ hohen Kosten für dieses Verfahren führt.