Kupfer & Finish
Die Kupferschicht einer Leiterplatte (PCB) bezieht sich auf die dünnen Kupferfolien, die auf die Kernschichten (Substrat) der PCB laminiert sind. Diese Schichten dienen zur Leitung elektrischer Ströme durch die Platine und verbinden verschiedene Komponenten miteinander.
Anzahl der Schichten
Die Anzahl der Schichten hängt von den Designanforderungen ab, wobei eine standardmäßige PCB entweder eine (einseitig) oder zwei Schichten (zweiseitig) hat, während mehrlagige PCBs zusätzliche Innenschichten haben, zusätzlich zu den beiden Außenschichten. Die verschiedenen Schichten sind in der Regel durch ein Dielektrikum isoliert, entweder eine Kernschicht (Substrat) oder eine vorimprägnierte Faserschicht ("Pre-Preg").
Kupferdicke
Die Dicke der Kupferschicht auf einer PCB wird in Mikrometern (µm) angegeben, kann aber auch als Gewicht in Unzen pro Quadratfuß (oz/ft²) gemessen werden. Eine typische Kupferschicht hat oft eine Dicke von 35µm (1 oz/ft²), aber je nach Anwendungsanforderungen kann die Dicke variieren. Eine höhere Kupferdicke kann mehr Strom tragen, ist aber auch teurer und kann den Herstellungsprozess komplizieren.
Herstellung
Um die gewünschten Leiterbahnen und Strukturen auf einer PCB zu erstellen, wird ein Ätzprozess auf das flächenbündige Kupfer angewendet. Ein Schutzmaterial wird auf die Bereiche der Kupferschicht aufgebracht, die erhalten bleiben sollen. Die ungeschützten Bereiche werden dann chemisch entfernt oder geätzt, sodass nur die gewünschten Kupferstrukturen verbleiben.
Oberflächenbehandlung (Finish)
Das Finish einer Leiterplatte bezieht sich auf die Oberflächenbehandlung der Kupferoberfläche nach dem Herstellungsprozess der Leiterplatte. Das Finish hat mehrere wichtige Funktionen und Auswirkungen auf die Leistung und Zuverlässigkeit der Leiterplatte. Hier sind einige gängige Arten von Leiterplatten-Finishes:
HSL SnPb (Hot Air Solder Leveling Zinn-Blei)
HSL SnPb ist ein traditioneller Veredelungsprozess, bei dem die Leiterplatte in geschmolzenes Zinn-Blei getaucht wird. Heißluft wird verwendet, um überschüssiges Material zu entfernen und eine glatte, lötbare Oberfläche zu schaffen.
Vorteile/Nachteile
Bewährte Methode mit bekannter Zuverlässigkeit. (+)
Gut für Plated Through Hole (PTH)-Anwendungen geeignet. (+)
Kosteneffektiv. (+)
Enthält umwelt- und gesundheitsschädigendes Blei. (-)
Möglicherweise unebene Oberflächen. (-)
Begrenzte Lagerfähigkeit (Zinnpest). (-)
HASL bleifrei (Hot Air Solder Leveling bleifrei)
Bleifreies HASL ist ähnlich wie HSL, verwendet jedoch bleifreie Legierungen. Es bietet eine umweltfreundliche Alternative und gewährleistet eine lötbare Oberfläche.
Vorteile/Nachteile
Umweltfreundlich. (+)
Gleichmäßige Oberfläche. (+)
Relativ kosteneffizient. (+)
Höhere Verarbeitungstemperaturen. (-)
Möglicherweise unebene Oberflächen. (-)
Beschränkte Lagerfähigkeit. (-)
Chemisches Zinn
Beim chemischen Zinnprozess wird die Leiterplatte in eine spezielle Lösung getaucht, die eine reine Zinnschicht auf der Oberfläche erzeugt. Sie schützt das Kupfer vor Oxidation und bereitet es auf das Löten vor.
Vorteile/Nachteile
Gleichmäßige Oberfläche. (+)
Bleifrei und umweltfreundlich. (+)
Gut für Fine-Pitch-Bauteile geeignet. (+)
Whisker-Bildung. (-)
Begrenzte Haltbarkeit. (-)
Höhere Kosten als andere Methoden. (-)
Chemisches Nickel
Der chemische Nickelprozess beinhaltet das Eintauchen der Leiterplatte in eine Nickellösung und erzeugt eine dünne Nickelschicht. Diese dient als Barriere und fördert die Lötbarkeit.
Vorteile/Nachteile
Korrosionsbeständig. (+)
Gute Barrierewirkung. (+)
Verbesserte Lötbarkeit. (+)
Wird oft nicht als einzige Oberfläche verwendet. (-)
Höhere Kosten. (-)
Kompatibilitätsprobleme mit einigen Lötprozessen. (-)
Chemisch silver (Immersion Silber)
Beim chemischen Silberprozess wird die Leiterplatte in eine Silberlösung getaucht, die eine dünne Silberschicht hinterlässt. Das Silber schützt das Kupfer vor Oxidation und verbessert die Lötbarkeit.
Vorteile/Nachteile
Gute Lötbarkeit. (+)
Gleichmäßige Oberfläche. (+)
Längere Lagerfähigkeit. (+)
Anfällig für Schwefel. (-)
Höhere Kosten als andere Methoden. (-)
Begrenzte Nachbearbeitbarkeit. (-)
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)
ENIG trägt zuerst eine Nickelbarriere auf, gefolgt von einer dünnen Goldschicht. Dies bietet Schutz, hervorragende Lötbarkeit und eine optisch ansprechende Oberfläche.
Vorteile/Nachteile
Lange Lagerbeständigkeit. (+)
Gleichmäßige Oberfläche. (+)
Geeignet für Fine-Pitch-Komponenten. (+)
Höhere Kosten. (-)
Risiko des "Black Pad"-Phänomens. (-)
Nicht ideal für dickere Komponenten. (-)
ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold)
ENEPIG bildet eine dreischichtige Schicht aus Nickel, Palladium und Gold. Diese Kombination bietet eine robuste Oberfläche mit vielseitigen Löt- und Drahtbondingfähigkeiten.
Vorteile/Nachteile
Kein Risiko des "Black Pad". (+)
Hervorragende Drahtbonding-Fähigkeit. (+)
Vielseitige Lötbarkeit. (+)
Höhere Kosten als ENIG. (-)
Komplexer Prozess. (-)
Schwierig in der Dickenkontrolle. (-)
Hartgold
Hartgold wird durch Elektrolyse aufgebracht, wodurch eine dicke Goldschicht auf der PCB entsteht. Diese macht sie besonders verschleißfest und für Steckverbinder oder Tasten geeignet.
Vorteile/Nachteile
Verschleißfest. (+)
Sehr gute Leitfähigkeit. (+)
Ästhetisch ansprechend. (+)
Sehr hohe Kosten. (-)
Nicht geeignet für Lötbereiche. (-)
Begrenzte Anwendungsgebiete. (-)
OSP (Organic Solderability Preservative)
OSP ist eine organische Verbindung, die direkt auf das Kupfer aufgetragen wird. Sie schützt das Kupfer vor Oxidation und bereitet es auf das Löten vor, ohne Metalle zu verwenden.
Vorteile/Nachteile
Umweltfreundlich. (+)
Kosteneffizient. (+)
Gleichmäßige Oberfläche. (+)
Begrenzte Nachbearbeitbarkeit. (-)
Anfällig für Handhabung. (-)
Begrenzte Lagerfähigkeit. (-)
HT_OSP (High-Temperature Organic Solderability Preservative)
HT_OSP ist eine verbesserte Version von OSP, optimiert für höhere Temperaturen. Es bietet verbesserte Leistung bei Hochtemperaturlötprozessen.
Vorteile/Nachteile
Hitzebeständig. (+)
Kosteneffektiv. (+)
Gleichmäßige Oberfläche. (+)
Begrenzte Nachbearbeitbarkeit. (-)
Bleibt empfindlich gegenüber Handhabung. (-)
Begrenzte Lagerfähigkeit. (-)
Kein Finish
Eine Leiterplatte ohne Finish bedeutet, dass das Kupfer der Leiterbahnen ungeschützt bleibt und leicht oxidieren kann. Dieser Zustand kann sich auf die Lötfähigkeit und die Leistung der PCB auswirken.