Kupfer & Finish

Die Kupferschicht eines Printed Circuit Boards (PCB) bezieht sich auf die dünnen Kupferfolien, die auf die Kernschichten (Substrat) des PCBs laminiert sind. Diese Schichten dienen dazu, elektrischen Strom durch das Board zu leiten und so die verschiedenen Komponenten miteinander zu verbinden.

Anzahl der Schichten

Die Anzahl der Schichten hängt von den Anforderungen des Designs ab, wobei ein normales PCB nur eine (einseitig) oder zwei Schichten (doppelseitig) aufweist aber ein Mehrlagen-PCBs zusätzlich zu den zwei äußeren Schichten noch weitere innenliegende Schichten haben. Die verschiedenen Schichten werden im Allgemeinen durch ein Dielektrikum isoliert, entweder einer Kernschicht (Substrat) oder einem Prepreg.

Kupferstärke

Die Stärke der Kupferschicht auf einem PCB wird in Micrometern (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 Anwendungsbedarf kann die Stärke variieren. Eine höhere Kupferstärke kann mehr Strom tragen, ist aber auch teurer und kann den Herstellungsprozess komplizierter machen.

Herstellung

Um die gewünschten Leiterbahnen und Strukturen auf einem PCB zu erstellen, wird ein Ätzprozess angewendet. Dabei wird ein Schutzmittel auf die Bereiche der Kupferschicht aufgetragen, die erhalten bleiben sollen. Die ungeschützten Bereiche werden dann chemisch entfernt oder geätzt, sodass nur die gewünschten Kupferstrukturen übrig bleiben.

Oberflächenbehandlung (Finish)

Das Finish einer Leiterplatte bezieht sich auf die Oberflächenbehandlung der Kupferoberfläche nach dem Leiterplattenherstellungsprozess. 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 Finish-Prozess, bei dem das PCB in geschmolzenes Zinn-Blei getaucht wird. Dabei wird heiße Luft verwendet, um überschüssiges Material zu entfernen und eine glatte, lötgeeignete Oberfläche zu erzeugen.

Vorteile/Nachteile

Bewährtes Verfahren mit bekannter Zuverlässigkeit

Gut für PTH (Plated Through Hole) Anwendungen

Kostengünstig

Enthält umwelt- und gesundheitsschädliches Blei

Unebene Oberflächen möglich

Lagerung beschränkt (Zinnpest)

HASL bleifrei (Hot Air Solder Leveling bleifrei)

HASL bleifrei ist ähnlich wie HSL, verwendet jedoch bleifreie Legierungen. Es bietet eine umweltfreundliche Alternative, während es eine lötgeeignete Oberfläche gewährleistet.

Vorteile/Nachteile

Umweltfreundlicher

Gleichmäßige Oberfläche.

Relativ kostengünstig.

Höhere Verarbeitungstemperaturen.

Unebene Oberflächen möglich.

Lagerungsbeschränkungen.

Chemisch Zinn

Beim chemischen Zinn-Verfahren wird das PCB in eine spezielle Lösung getaucht, die eine reine Zinnschicht auf der Oberfläche erzeugt. Es schützt das Kupfer vor Oxidation und bereitet es auf das Löten vor.

Vorteile/Nachteile

Gleichmäßige Oberfläche.

Bleifrei und umweltfreundlich.

Gut für Fine-Pitch-Komponenten.

Whisker-Bildung.

Begrenzte Lagerfähigkeit.

Höhere Kosten als andere Verfahren.

Chemisch nickel

Das chemische Nickel-Verfahren taucht das PCB in eine Nickel-Lösung, wodurch eine dünne Nickelbeschichtung entsteht. Dies dient als Barriereschicht und fördert die Lötbarkeit.

Vorteile/Nachteile

Korrosionsbeständig.

Gute Barriereschicht.

Erhöhte Lötbarkeit.

Oft nicht als alleinige Oberfläche verwendet.

Höhere Kosten.

Kompatibilitätsprobleme mit einigen Lötprozessen.

Chemisch silver (Immersion Silber)

Beim chemischen Silver-Verfahren wird das PCB in eine Silberlösung getaucht, die eine dünne Silberschicht hinterlässt. Das Silber schützt das Kupfer vor Oxidation und verbessert die Lötbarkeit.

Vorteile/Nachteile

Gute Lötbarkeit.

leichmäßige Oberfläche.

Längere Lagerfähigkeit.

Empfindlichkeit gegen Schwefel.

Höhere Kosten als andere Verfahren.

Begrenzte Wiederlötfähigkeit.

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)

Bei ENIG wird zuerst eine Nickelbarriere aufgetragen, gefolgt von einer dünnen Goldschicht. Dies bietet Schutz, eine hervorragende Lötbarkeit und eine ästhetisch ansprechende Oberfläche.

Vorteile/Nachteile

Langlebige Lagerfähigkeit.

Flache Oberfläche.

Geeignet für Fine-Pitch-Komponenten.

Höhere Kosten.

Risiko des "Black Pad" Phänomens.

Nicht ideal für dickere Bauteile.

ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold)

ENEPIG bildet eine Dreifachschicht aus Nickel, Palladium und Gold. Diese Kombination bietet eine robuste Oberfläche, die vielseitige Löt- und Drahtverbindungsmöglichkeiten bietet.

Vorteile/Nachteile

Kein "Black Pad" Risiko.

Exzellente Drahtverbindungsfähigkeit.

Vielseitige Lötbarkeit.

Höhere Kosten als ENIG.

Komplexer Prozess.

Verdickungskontrolle kann herausfordernd sein.

Hartgold

Hartgold wird durch Elektrolyse aufgetragen und erzeugt eine dicke Goldschicht auf dem PCB. Dies macht es besonders verschleißfest und geeignet für Steckverbinder oder Tasten.

Vorteile/Nachteile

Verschleißfest.

Sehr gute Leitfähigkeit.

Ästhetisch ansprechend.

Sehr hohe Kosten.

Nicht geeignet für Lötbereiche.

Begrenzte Anwendungsbereiche.

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 dabei Metalle zu verwenden.

Vorteile/Nachteile

Umweltfreundlich.

Kosteneffizient.

Flache Oberfläche.

Begrenzte Wiederlötfähigkeit.

Empfindlichkeit gegenüber Handling.

Begrenzte Lagerfähigkeit.

HT_OSP (High-Temperature Organic Solderability Preservative)

HT_OSP ist eine verbesserte Version des OSP, optimiert für höhere Temperaturen. Es bietet verbesserte Leistung bei Hochtemperaturlötprozessen.

Vorteile/Nachteile

Widerstandsfähiger gegenüber hohen Temperaturen.

Kosteneffizient.

Flache Oberfläche.

Begrenzte Wiederlötfähigkeit.

Empfindlichkeit gegenüber Handling bleibt.

Begrenzte Lagerfähigkeit.

Kein Finish

Ein PCB ohne Finish bedeutet, dass das Kupfer der Leiterbahnen ungeschützt bleibt und leicht oxidieren kann. Dieser Zustand kann die Lötbarkeit und Leistung des PCB beeinträchtigen.

Vorteile/Nachteile

Keine zusätzlichen Kosten für das Finish.

Direkter Kontakt mit Kupfer.

Einfacher Prozess.

Schnelle Oxidation des Kupfers.

Eingeschränkte Lötbarkeit nach längerer Lagerung.

Nicht empfohlen für viele Anwendungen.