Wählen Sie die Leiterplattenoberfläche anhand des anspruchsvollsten freiliegenden Merkmals: eines Pads mit feinem Raster, einer Drahtbondfläche oder eines Steckerkontakts. Für gewöhnliche gelötete Durchsteckbauteile und Bauteile mit größerem Raster kann HASL praktikabel sein. Wenn ebenere Lötpads erforderlich sind, kommt ENIG häufig infrage. Benötigt das Design zusätzlich Drahtbonden, ist ENEPIG ein Kandidat – das konkrete Bondsystem muss jedoch qualifiziert werden. Für wiederholt gesteckte Kontakte kann stattdessen selektives Hartgold erforderlich sein.
Die Entscheidung zur Oberfläche gehört in die Zeichnung und die Beschaffungsunterlagen, nicht nur in ein Dropdown-Feld der Bestellung. Lötlegierung, Padgeometrie, Lagerung, Bondspezifikationen und Anforderungen an den Kontaktverschleiß können die passende Wahl beeinflussen.
Was die Oberfläche leistet – und was nicht
Eine Oberflächenbeschichtung schützt freiliegendes Kupfer vor der Bestückung. Sie soll das Kupfer schützen und eine für den vorgesehenen Vorgang geeignete Oberfläche bereitstellen, etwa zum Löten. Außerdem kann sie die Ebenheit der Pads, die Empfindlichkeit bei der Handhabung und die bei der Montage entstehenden Grenzflächen beeinflussen.
Lötstoppmaske und Oberflächenbeschichtung sind verschieden. Die Lötstoppmaske ist die Schutzschicht, die ausgewählte Bereiche der Leiterplatte bedeckt und Öffnungen für Pads, Kontakte und andere Merkmale freilässt. Sie ersetzt nicht die Beschichtung auf freiliegendem Kupfer. Abmessungen und Ausrichtung der Maskenöffnung können Druck, Löten und Bonden weiterhin beeinflussen. Informationen zur Maskenkonstruktion finden Sie unter Was ist eine Lötstoppmaske?.
Die vier hier verglichenen Oberflächen haben unterschiedliche Schichtaufbauten:
- HASL: Auf freiliegendes Kupfer wird eine Zinn-Blei-Lötbeschichtung aufgebracht und mit Heißluft eingeebnet.
- Bleifreies HASL: Beim gleichen grundlegenden Verfahren wird eine bleifreie Lötlegierung verwendet. Die Legierungszusammensetzung sollte festgelegt oder bestätigt werden.
- ENIG: Chemisch abgeschiedenes Nickel wird mit einer dünnen Schicht Tauchgold überzogen.
- ENEPIG: Auf chemisch abgeschiedenes Nickel folgen chemisch abgeschiedenes Palladium und anschließend Tauchgold.
Das Gold in ENIG und ENEPIG ist keine dicke, für Verschleiß ausgelegte Kontaktbeschichtung. Es dient dem Schutz der darunterliegenden Oberfläche. Allein seine Anwesenheit belegt weder die Eignung für wiederholtes Stecken noch für einen bestimmten Bond-Draht.
Oberflächen am freiliegenden Merkmal vergleichen
| Oberfläche | Löten und Planarität | Lagerung und Handhabung | Bonden und Kontakte |
|---|---|---|---|
| Zinn-Blei-HASL | Eine vertraute lötbare Beschichtung für kompatible Baugruppen. Das eingeebnete Lot kann ungleichmäßig sein; kleine Pads und bauteilempfindliche Koplanarität daher prüfen. | Vor Verunreinigung und Oxidation schützen; Verpackung, Altersgrenzen und Annahmekriterien vereinbaren. | Eignung für Drahtbonden oder wiederholt gleitende Kontakte nicht voraussetzen. Der Bleigehalt kann für das Produkt oder den Montageprozess ausschlaggebend sein. |
| Bleifreies HASL | Für kompatible Lötprozesse geeignet, doch Legierung und Padtopografie sind entscheidend. Die Oberfläche kann weniger eben als ENIG oder ENEPIG sein. | Die Annahme bei Lagerung hängt von Beschichtung, Verpackung und Bedingungen ab. Eine Haltbarkeitsangabe eines anderen Lieferanten oder einer anderen Legierung nicht übertragen. | Eine bleifreie Beschichtung allein qualifiziert weder Bond- noch Kontaktschnittstelle. Legierung und Anwendung konkret bestätigen. |
| ENIG | Im Allgemeinen ebener als HASL und häufig für Pads mit feinem Raster vorgesehen. Die Nickelschnittstelle und die Beschichtungsqualität bleiben für die Zuverlässigkeit der Lötverbindung wichtig. | Oberfläche vor Beschädigung und Verunreinigung schützen. Eine unbeschädigt wirkende Goldoberfläche ist für sich kein Lötbarkeitstest. | Nicht automatisch für Drahtbonden geeignet. Dünnes Tauchgold nicht als spezifizierte Verschleißfläche behandeln. |
| ENEPIG | Im Allgemeinen eben und für das Löten nutzbar, sofern Schichtaufbau und Montageprozess kompatibel sind. | Bondflächen können empfindlich auf Verunreinigungen und Handhabung reagieren. Schutz und Zeitpunkt des Öffnens der Verpackung vereinbaren. | Kandidat für bestimmte Drahtbond-Anwendungen, vorbehaltlich der Qualifizierung von Draht, Anlage, Pad und Prozess. Kein automatischer Ersatz für Hartgold auf einer Verschleißkontaktfläche. |
Planarität ist ein relativer Vorteil, keine Garantie für die Ausbeute der Baugruppe. Eine ebene Oberfläche kann keine ungeeignete Landfläche, Leiterplattenverformung, schlechte Pastenablösung oder ein Bauteil außerhalb seiner Koplanaritätsspezifikation ausgleichen.
Lötlegierung, Reflow und Oberfläche müssen zusammenpassen
Zinn-Blei-HASL enthält Blei; bleifreies HASL verwendet keine Zinn-Blei-Beschichtung. Dieser Unterschied ist relevant, wenn die Lötlegierung abgestimmt und regulatorische oder kundenspezifische Produktanforderungen bewertet werden.
Setzen Sie „bleifreie Oberfläche“ nicht mit einem konformen Endprodukt gleich. Die Konformität hängt von den geltenden Anforderungen und weiteren Materialien neben der Leiterplattenoberfläche ab. Umgekehrt sollte auch ein Projekt, das Zinn-Blei-Lot zulässt, prüfen, ob Bauteile, Bestücker und vorgesehener Prozess diese Wahl unterstützen.
Betrachten Sie ENIG und ENEPIG als Teil des Lötverbindungssystems. Beim Löten reagieren die abgeschiedenen Schichten mit dem geschmolzenen Lot und den darunterliegenden Metallen. Daher sind neben dem sichtbaren Erscheinungsbild auch Oberflächenzustand und Schichtdicke wichtig. Bei hohen Zuverlässigkeitsanforderungen sollten geltende Annahmekriterien für die Oberfläche und Qualifikationsprüfungen vereinbart werden, statt nur den Oberflächennamen vorzugeben.
Auch die zulässige Zahl thermischer Belastungen ist projektspezifisch. Eine Leiterplatte kann beim Fertigen, in einem oder mehreren Bestückungsdurchläufen, beim Selektivlöten und bei Nacharbeiten erwärmt werden. Die Wirkung hängt von Oberfläche, Temperaturbelastung und Montageanforderungen ab; aus dem Namen einer Oberfläche lässt sich keine universelle Reflow-Anzahl ableiten.
Die Guidelines for SMT soldering, Rev. 1 (2020), von Melexis sind ein Beispiel für ein Dokument eines Bauteilherstellers, das bei der Planung von Lötung und Handhabung herangezogen werden kann. Die Anforderungen gelten für die betreffenden Melexis-Bauteile und dürfen nicht auf jedes Bauteil oder jede Leiterplatte verallgemeinert werden. Verwenden Sie neben den Leiterplatten- und Lotmaterialspezifikationen die jeweils geltenden Unterlagen des Bauteils. Eine weitere eigenständige Entscheidung ist die Pastenauswahl. Legierung, Flussmittel, Schablone und Reflow-Prozess müssen zu Bauteilen und Leiterplatte passen; siehe Lötpastenauswahl.
Drahtbonds und Kontakte benötigen eigene Spezifikationen
ENIG oder ENEPIG für Drahtbonds
ENEPIG ergänzt eine Palladiumschicht zwischen Nickel und Tauchgold. Deshalb ist es für bestimmte Bond-Anwendungen eine Prüfung wert, doch „ENEPIG“ ist keine vollständige Bondspezifikation.
Die Anfrage sollte Bondart, Drahtwerkstoff und -durchmesser, Padabmessungen, Anforderungen an die Oberflächenschichten sowie die zu qualifizierende Bondanlage oder den Prozess nennen. Außerdem sind das erforderliche Annahmeverfahren für die Bonds anzugeben – etwa die geltenden Zug- oder Scherkriterien und der Stichprobenplan. Der Lieferant kann dann prüfen, ob die gewünschte Oberfläche und die Kontrollen zur Anwendung passen.
ENIG und ENEPIG nicht allein deshalb gegeneinander austauschen, weil beide eine Goldoberfläche haben. Ist ein Ersatz erforderlich, muss der Bauteilverantwortliche ihn zusammen mit der Qualifizierung des Bondprozesses vor der Freigabe bewerten.
ENEPIG oder selektives Hartgold für Kontakte
Selektives Hartgold ist ein anderer Ansatz. Typischerweise wird auf ausgewählten Kontaktbereichen galvanisch Gold über einer geeigneten Unterschicht aufgebracht. Es ist für Anwendungen vorgesehen, die eine verschleißfestere Kontaktfläche erfordern. Die Eignung hängt weiterhin von Beschichtungsspezifikation, Kontaktauslegung und Steckumgebung ab.
Für Leiterplattenrandkontakte oder andere Gleitkontakte sollten Gegenwerkstoff, Kontaktkraft, Anzahl der Einführungen oder Steckzyklen, Umgebung und Annahmekriterien spezifiziert werden. Ein Zyklenziel ohne diese Bedingungen ist unvollständig. Außerdem muss die Kontaktfläche in der Zeichnung eindeutig gekennzeichnet sein; eine Leiterplatte kann in einem Bereich lötbare Pads und in einem anderen eine abweichende Oberfläche benötigen.
Ein Design mit mehreren Oberflächen erfordert eine Fertigungsprüfung. Vor der Umsetzung sind Oberflächengrenzen, mögliche Prozessfolge, Schichtdicke, Maskierung und Prüfanforderungen zu bestätigen. Nicht davon ausgehen, dass ein Hartgoldbereich ohne Prüfung durch die Bestückung eine gewöhnliche Lötpadoberfläche ersetzen kann.
Lagerung: Bedingungen vereinbaren statt pauschaler Haltbarkeit
Die nutzbare Lagerdauer einer Leiterplatte hängt von Oberfläche und Verpackung, aber auch von tatsächlicher Lagerumgebung, Handhabung, Verunreinigung und dem folgenden Prozess ab. Lötbarkeit und Bondbarkeit sind nicht zwangsläufig gleichwertige Annahmekriterien.
Für die Beschaffung sind Fertigungs- oder Versanddatum, Verpackungsart, Lagerbedingungen und der Zeitpunkt des Öffnens zu dokumentieren. Besondere Sauberkeits- oder Expositionsgrenzen für einen Bondprozess sind zusätzlich zu den Lötanforderungen festzuhalten. Kontakt- und Bondflächen vor Fingerabdrücken, Abrieb und unnötigem Sondieren schützen.
Sind Leiterplatten älter als die vereinbarte Grenze, ist die Verpackung beschädigt oder die Lagerhistorie unklar:
- Betroffene Charge sperren und Chargen- sowie Lageraufzeichnungen sichern.
- Fertiger und Bestücker um Prüfung der Exposition anhand der vereinbarten Kriterien bitten.
- Über repräsentative Prüfungen oder die weitere Verwendung entscheiden, passend zum vorgesehenen Prozess. Ein Lötbarkeitsergebnis qualifiziert weder einen Drahtbond noch einen Verschleißkontakt.
- Die Charge nicht automatisch reinigen, nacharbeiten oder bestücken. Ein nicht genehmigter Reinigungs- oder Nacharbeitsschritt kann die für den Prozess erforderliche Oberfläche verändern.
Auch das nach der Montage geltende Reinigungsverfahren sollte geprüft werden, insbesondere in der Nähe empfindlicher Schnittstellen. Siehe Reinigung nach dem Löten.
Drei Entscheidungsbeispiele
Die folgenden Beispiele sind hypothetisch. Abmessungen, Lagerzeiten und Zyklenziele sind Annahmen zur Erläuterung von Entscheidungen, keine Messwerte oder Fähigkeiten von APTPCB.
1. Durchstecksteuerung mit kompatiblem Zinn-Blei-Prozess
Hypothetisch: Eine Steuerung verwendet Durchsteckverbinder und oberflächenmontierte Bauteile mit relativ großem Raster. Die Produktanforderungen erlauben Blei, und der Bestücker verfügt über einen freigegebenen Zinn-Blei-Prozess.
Zinn-Blei-HASL ist eine sinnvolle Option für die Besprechung, da die freiliegenden Merkmale überwiegend gelötet werden und die Lötlegierung der Baugruppe dazu passt. Vor der Bestellung sollte der Einkäufer die kleinste Padgeometrie, die Toleranz des Bestückers gegenüber Beschichtungsabweichungen und die geltenden Bleianforderungen bestätigen.
Kommt bei einer späteren Revision ein koplanaritätsempfindliches Bauteil mit feinem Raster hinzu, ist die Oberflächenwahl neu zu prüfen, statt sie automatisch zu übernehmen. Ist Blei durch den Kunden oder geltende Vorschriften ausgeschlossen, ist Zinn-Blei-HASL keine geeignete Annahme.
2. Baugruppe mit feinem Raster und geplanter Lagerdauer
Hypothetisch: Eine bleifreie Baugruppe enthält ein BGA mit 0,5-mm-Raster. Der Käufer erwartet, dass die unbestückten Leiterplatten vor der Montage neun Monate gelagert werden.
ENIG ist ein Kandidat, weil die ebenere Oberfläche Bedenken hinsichtlich der Padplanarität mindern kann. Bleifreies HASL kann weiterhin geprüft werden; die Entscheidung sollte jedoch die tatsächliche Padgeometrie und den Bestückungsprozess berücksichtigen, nicht nur das Raster.
Neun Monate sind eine Planungsannahme und keine Haltbarkeitsangabe für ENIG. In der Anfrage sollten gewünschte Dauer und Lagerbedingungen genannt sowie Empfehlungen zu Verpackung und Annahme eingeholt werden. Können die gelieferte Verpackung oder die vereinbarte Lagerhistorie die geplante Lagerzeit nicht abdecken, sind Logistik oder Annahmeplan vor der Bestückung anzupassen.
3. Leiterplatte mit Drahtbonds und gleitendem Randkontakt
Hypothetisch: Für ein Produkt sind 25-µm-Gold-Drahtbonds auf Leiterplattenpads sowie ein Randsteckverbinder mit 100 Steckzyklen bei festgelegter Kontaktkraft und Umgebung gefordert.
ENEPIG ist ein Kandidat für die Bondpads; für die Randkontakte kann selektives Hartgold geeignet sein. Keine der beiden Entscheidungen ist durch den Namen allein qualifiziert. Der Bondverantwortliche muss Anforderungen an Draht, Pad, Oberfläche und Bondprüfung festlegen und validieren. Der Steckverbinderverantwortliche muss Gegenkontakt, Kraft, Umgebung und Verschleißannahme definieren.
Die Fertigungszeichnung sollte beide Bereiche und ihre Grenzen zeigen. Kann die vorgeschlagene Folge für mehrere Oberflächen nicht unterstützt oder qualifiziert werden, ist die Konstruktions- oder Prozessänderung vor der Bestellung zu klären – nicht erst nach Eingang der Leiterplatten.
Die Oberflächenwahl in eine Fertigungsanfrage übertragen
Nutzen Sie die folgende Checkliste für eine APTPCB-Anfrage oder die Besprechung einer Ausnahme. Übermitteln Sie die Projektanforderungen; gehen Sie nicht ohne Bestätigung davon aus, dass eine Oberfläche, Prüfung oder Kombination mehrerer Oberflächen verfügbar ist.
| Punkt der Anfrage | Zu übermittelnde Angaben | Zu klärende Frage |
|---|---|---|
| Oberfläche und Bereiche | Oberflächenname, Bleibeschränkungen, Zeichnungsrevision und freiliegende Bereiche; Grenzen selektiver Oberflächen markieren. | Kann die gewünschte Oberfläche oder Kombination für dieses Design geprüft werden? |
| Schichten und Annahmeanforderungen | Erforderliche Schichtdickenbereiche, geltende Oberflächennorm und Revision, Mess- und Annahmekriterien. | Wie wird die Konformität dokumentiert und wie wird Material außerhalb der Spezifikation behandelt? |
| Lötmontage | Kleinste relevante Pads, Bauteilanforderungen, Lötlegierung, Montagefolge und erwartete Nacharbeitsbelastung. | Akzeptiert der Bestücker die vorgeschlagene Oberfläche und den Leiterplattenzustand für seinen Prozess? |
| Drahtbonden | Drahtwerkstoff und -durchmesser, Padgeometrie, Bondprozess, Sauberkeitsanforderungen sowie Zug- oder Scherkriterien. | Welche Qualifizierung und Handhabungskontrollen sind vor dem Serienbonden erforderlich? |
| Kontakte | Gegenwerkstoff, Geometrie, Kraft, Zyklenziel, Umgebung und Verschleißannahme. | Eignet sich die angegebene selektive Oberfläche für das tatsächliche Kontaktsystem? |
| Verpackung und Lagerung | Geplante Lagerdauer, Lagerbedingungen, Verpackungs- und Kennzeichnungsbedarf, Versandziel und Handhabungsbeschränkungen. | Welche Verpackungs- und Lagerbedingungen gelten, und was geschieht bei Überschreitung? |
| Prüfung und Änderungen | Benötigte Dokumentation, Stichproben, Chargenrückverfolgbarkeit und Freigabeweg für Ersatzstoffe. | Wer genehmigt eine Oberflächenänderung, eine beschädigte Verpackung oder eine überlagerte Charge? |
Verwenden Sie /quote, um die Zeichnung und Oberflächenanforderungen zu übermitteln, oder /contact, um offene Fragen zu Bonden, Kontakten oder Verpackung vor der Freigabe zu klären.
Die praktische Wahl
Für eine reine Lötleiterplatte mit unkritischer Geometrie sind beide HASL-Varianten eine Prüfung wert, sofern die Legierung die Anforderungen der Baugruppe und des Produkts erfüllt. ENIG ist häufig ein Kandidat, wenn ebenere Pads wichtig sind. ENEPIG sollte erwogen werden, wenn Lötung und eine qualifizierte Bond-Anwendung auf einer Leiterplatte zusammentreffen. Selektives Hartgold erfüllt einen anderen Zweck: eine spezifizierte Kontaktschnittstelle mit Steck- und Verschleißbeanspruchung.
Die beste Oberfläche ist diejenige, deren Bereiche, Schichten, Handhabung und Annahmekriterien für die konkrete Leiterplatte festgelegt sind. Fehlen diese Angaben, sollten Bestücker, Bond- oder Steckverbinderverantwortliche und Fertiger sie klären, bevor der Oberflächenname als freigegebene Spezifikation gilt.