Oberflächen von Leiterplatten im Prototyping - lauenstein ag
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M. M. LAUENSTEIN LAUENSTEIN AG<br />
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BUNGARD-<strong>Oberflächen</strong> CH CH-8707 CH 8707 Uetikon Uetikon aam<br />
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Copyright: 2009 Bungard Elektronik GmbH & Co. KG<br />
<strong>Oberflächen</strong> <strong>von</strong> <strong>Leiterplatten</strong> <strong>im</strong> <strong>Prototyping</strong><br />
Diese kleine Broschüre soll in Kurzform über die verschiedenen Möglichkeiten der<br />
<strong>Oberflächen</strong>gestaltung <strong>von</strong> <strong>Leiterplatten</strong> bei der Prototypen-Herstellung informieren.<br />
Für weitere Informationen und für Sicherheitsdatenblätter stehen wir gerne zu Ihrer Verfügung.<br />
Bungard Elektronik GmbH & Co. KG, Rilkestraße 1, 51570 Windeck - Germany<br />
Tel.: +49 (0) 2292/5036, Fax: +49 (0) 2292/6175, E-mail: support@bungard.de<br />
BUNGARD Sur-Tin<br />
Chemisch Zinn<br />
Das einfachste, schnellste und günstigste<br />
Verfahren ist das BUNGARD Sur-Tin. Es ist ein<br />
einfaches Austauschbad (Kupfer wird durch Zinn<br />
ersetzt) und die Haftung, bzw. die Bildung der<br />
intermetallischen Zone findet direkt auf dem<br />
Kupfer statt.<br />
Bauteile können mittels Löten oder Press-Fit-<br />
Verbindungen befestigt werden.<br />
Schichteigenschaften<br />
Schichtdicke 0.8 - 1.2 µm<br />
Geeignet für bleifreies Löten<br />
Nicht geeignet für Mehrfachlötungen<br />
L<strong>ag</strong>erzeit 12 Monate, Lötfähigkeit 6 Monate<br />
Kann jederzeit neu verzinnt werden<br />
Gute Planarität für SMD-Anwendungen<br />
Geeignet für Fine-Line<br />
Geeignet für Einpress-Stifte / Compliant-Pin / Press-Fit-Verbindungen<br />
Preisgünstiges Verfahren<br />
Lieferumfang<br />
Sur-Tin Teil 1, Teil 2 und Teil 3<br />
Ausrüstung<br />
Luftdicht verschliessbares Gefäss (kann auch zum<br />
Ansetzen und Konservieren verwendet werden).<br />
BUNGARD-Artikel EG02<br />
Haltbarkeit der angesetzten Lösung: Mehrere Wochen<br />
unter Luftabschluss
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Green Coat hat ist ein praktischer<br />
Lötlack aus der Spraydose für<br />
alle <strong>Leiterplatten</strong>, die <strong>von</strong> Hand<br />
gelötet werden.<br />
1. Schritt: Die Leiterplatte wird<br />
wie gewohnt hergestellt und der<br />
Ätzresist am Schluss vollständig<br />
entfernt.<br />
2. Schritt: Die Oberfläche kann<br />
jetzt noch mit dem Sur-Tin<br />
chemisch verzinnt werden<br />
(Bestell-Nr. 74130).<br />
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BUNGARD Green Coat<br />
Lötlack aus der Sprühdose<br />
3. Schritt: Green Coat dünn auf die Leiterplatte aufsprühen.<br />
4. Schritt: Warten bis die Oberfläche antrocknet, ca. 5 min.<br />
5. Schritt: Löten der Bauteile durch den Lötlack hindurch<br />
6. Schritt: Aushärten des Lötlackes nach dem Löten bei 80 °C / 1 h <strong>im</strong> Ofen oder bei<br />
Raumtemperatur in 2 T<strong>ag</strong>en.<br />
ACHTUNG: Nach dem Aushärten ist Green Coat nicht mehr gut lötbar !<br />
Die ausgehärtete Schicht schützt nun die Leiterplatte vor Umwelteinflüssen und sieht<br />
absolut professionell aus !<br />
Lieferung: 150 ml - Sprühdosen
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BUNGARD Sur-Tin mit BUNGARD-Basismaterial<br />
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Chemisch Zinn<br />
Falls fotopositive ORIGINAL-BUNGARD <strong>Leiterplatten</strong> verwendet werden, gibt es noch eine<br />
einfache, technische Alternative:<br />
1. Schritt: Ätzen der ORIGINAL BUNGARD Leiterplatte wie gewohnt.<br />
2. Schritt: Nach dem Ätzen wird der Positivresist nochmals belichtet und entwickelt, indem<br />
ein Negativfilm mit den Lötaugen verwendet wird.<br />
3. Schritt: Verzinnen der offenen Lötaugen mit BUNGARD Sur-Tin (chemisch Zinn). Der<br />
Fotoresist bleibt auf allen Leiterbahnen und schützt diese. Ausserdem dient er als<br />
Lötstoppmaske.<br />
Diese Lösungsmöglichkeit ist nicht sehr bekannt, führt aber ebenfalls zu sehr guten<br />
Ergebnissen ohne zusätzliche Kosten !
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BUNGARD Lötstopppmaske<br />
Dieses Verfahren bietet die typische grüne Oberfläche für <strong>Leiterplatten</strong> in Industriequalität.<br />
Die BUNGARD-Lötstoppmaske ist ein Trockenfilm / Dryfilm und wird wässerig-alkalisch<br />
verarbeitet.<br />
Sie besteht aus einem transparenten, grünen Film<br />
mit einer Dicke <strong>von</strong> 75 µm (3 mil), 305 mm Breite<br />
und einer Länge <strong>von</strong> 25 oder 76 m.<br />
Sonderdicken und -längen sind auf Anfr<strong>ag</strong>e<br />
erhältlich.<br />
Wie bei solchen Resisten üblich, ist das<br />
Fotopolymer zwischen einer dünnen Polyolefin-<br />
Schutzfolie und einer 25 µm starken Polyester-<br />
Deckfolie eingebettet.<br />
Die Laminat-Lötstoppmaske ist geeignet für<br />
gedruckte Schaltungen, die aus Epoxyd- oder<br />
Polyamid-Basismaterialien bestehen und mit<br />
Kupfer, Bleizinn, Zinn, Nickel oder Gold<br />
beschichtet sind. Das Lötstopp-Laminat ist<br />
kompatibel mit den meisten Lötverfahren<br />
wie Wellenlöten, Heissluftverzinnung, Dampf-Phasen-Löten, IR-Löten usw. und resistent<br />
gegen die meisten Lösungsmittel, Flux- und Entfluxmedien. Wegen seiner guten Eigenschaften<br />
ist es ideal geeignet für hohe Leiterdichte und SMD-Technologie. Für flexible <strong>Leiterplatten</strong><br />
kann das Produkt leider nicht empfohlen werden<br />
.<br />
Die Lötstoppmaske wird mit Hilfe <strong>von</strong> Druck und<br />
Temperatur auf die Platine gepresst. Dafür benützt<br />
man opt<strong>im</strong>alerweise den Laminator RLM 419p.<br />
Die Verarbeitung der Laminat-Lötstoppmaske besteht<br />
aus den folgenden Verfahrensschritten:<br />
Vorreinigung – Laminieren – Belichten – Entwickeln<br />
- Nachhärten.<br />
Natürlich ist das Lötstopplaminat kompatibel mit<br />
der vorgeschalteten chemischen Verzinnung mit<br />
BUNGARD Sur-Tin.
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ORMECON chemisch Zinn<br />
Ormecon chemisch Zinn ist ein Verfahren zur chemischen Verzinnung <strong>von</strong> Kupferoberflächen.<br />
Das Besondere am Ormecon-Verfahren ist eine 0,08 µm dicke Schicht organischen Metalls,<br />
welche die Oberfläche für die anschliessende Verzinnung opt<strong>im</strong>al vorbereitet und somit die<br />
'Diffusion <strong>von</strong> Kupfer durch die Zinnschicht verhindert.<br />
ORMECON CSN erfüllt alle modernen Anforderungen<br />
an <strong>Leiterplatten</strong>:<br />
• absolut planare <strong>Oberflächen</strong> für die SMD-<br />
Technologie<br />
• hohe L<strong>ag</strong>erfähigkeit der unbestückten Leiterplatte<br />
• Energie- und Kosteneinsparung gegenüber HAL<br />
• einsetzbar in Korbsystemen ohne umfangreiche<br />
Investition<br />
• Horizontalverfahren für Grosproduktionen<br />
• Schonung der Umwelt<br />
• einfachste Prozessführung und -überwachung<br />
• alle gängigen Lötstopp- und Bestückungs-<br />
drucklacke sind verarbeitbar<br />
Zusätzlich bietet ORMECON CSN gegenüber anderen Chemisch-Zinn-Verfahren:<br />
• Reinzinnabscheidung, auch bei hohem Kupfergehalt<br />
• bis zu 50 % längere Standzeiten des Zinnbades<br />
• deutliche Verringerung der Diffusionsschicht<br />
• Schutz vor Oxidation<br />
• Mehrfachlötungen möglich, auch mit Zwischenl<strong>ag</strong>erung<br />
• Spezifikation: Alterung 4 Stunden 155°C, 3 x Reflow, 1 x Welle<br />
Ausrüstung:<br />
PROTEC 2030<br />
Die PROTEC-Anl<strong>ag</strong>e ist ideal auf die chemische Verzinnung nach dem Ormecon-Verfahren<br />
zugeschnitten.<br />
Die Standardanl<strong>ag</strong>e kann Platten bis 200 x 300 mm verarbeiten und enthält 5 Becken für<br />
Mikrobeize, kombinierte Stand- / Sprühspülen, organisches Metall, chemische Verzinnung<br />
7001, Warmspülen .<br />
Zusatzoptionen:<br />
Plattenformat 300 x 400 mm<br />
Badbewegung<br />
Becken für den Cleaning Step<br />
Becken zum Spülen mit DI-Wasser (deionisiert)
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Chemisch Nickel-Gold (Sudgold)<br />
Die Legierungsoberfläche (Nickel/Phosphor & Gold) ist seit Anfang 1990 eine der vielseitigsten<br />
<strong>Oberflächen</strong>. Bei diesem Verfahren bildet eine Nickelschicht die Diffusionssperre zwischen<br />
Kupfer und Lotlegierung. Das Gold wird in der Lötverbindung gelöst und die Haftung / Bildung<br />
der intermetallischen Zone erfolgt mit der Nickelschicht. Chemisch Nickel-Gold benötigt eine<br />
vorgeschaltete Kupferaktivierung, um die Nickelabscheidung zu starten. Die Nickelschicht<br />
verstärkt mechanische Durchkontaktierungen und Vias und erhöht die Abriebfestigkeit.<br />
Schichteigenschaften:<br />
• low / medium / high P systems (10%P)<br />
• Schichtdicke 3- 6 µm NiP and 0.05- 0.12 µm Au<br />
• Autokatalytische Nickelabscheidung<br />
• Gold schützt Nickel vor Oxidation<br />
• Zuverlässige multifunktionale Oberfläche<br />
• zum Alu-Drahtbonden geeignet<br />
• Wachstum der Nickel-Phosphor-Schicht auf<br />
aktiviertem Kupfer<br />
Vorteile:<br />
• Geeignet für mehrfache Pb-freie Lötungen<br />
• Planarität für SMD-Bauteile<br />
• Diffusionssperre (Nickel), verhindert die Lösung<br />
<strong>von</strong> Kupfer <strong>im</strong> Lot<br />
• Lange L<strong>ag</strong>erzeit (12 Monate), hervorr<strong>ag</strong>ende<br />
Alterungsbeständigkeit<br />
• E-Test-kompatibel<br />
• Geeignet für Kontaktschalter<br />
• Gute Beständigkeit in korrosivem Umfeld<br />
• Geeignet zum Alu-Drahtbonden<br />
• Geeignet für high aspect ratio boards<br />
Ausrüstung:<br />
Compacta 30 chemisch Nickel-Gold<br />
• COMPACTA 30 chemisch Nickel Gold, Anl<strong>ag</strong>e zur<br />
Vernickelung und Vergoldung <strong>von</strong> <strong>Leiterplatten</strong> bis zu<br />
einem Format <strong>von</strong> 200 x 300 mm. 5 PVC Becken, 2<br />
PP Becken, alle ca. 10 Liter, 3 Teflonheizkörper, alle<br />
mit Thermostat, 5 Digitalt<strong>im</strong>er, Badbewegung<br />
(einstellbar), alle Becken mit Kugelhahnablass.<br />
Sprühspüle mit Fussschalter, Spüldruck einstellbar,<br />
auf eigenem Untergestell.<br />
Anschluss: 230V<br />
• Optionen:<br />
• Compacta 40 chem. Nickel-Gold, Anl<strong>ag</strong>e zur<br />
Vernickelung und Vergoldung <strong>von</strong> <strong>Leiterplatten</strong><br />
bis zu einem Format <strong>von</strong> 300 x 400 mm.<br />
Bungard Elektronik GmbH & Co. KG, Rilkestraße 1, 51570 Windeck - Germany<br />
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Galvanisch Nickel-Gold<br />
Die Oberfläche <strong>von</strong> galvanischem Nickel-Gold ist abriebfest, korrosionsfrei und wird deswegen<br />
gerne für Bauteile mit erhöhter mechanischer Belastung (Stecker) eingesetzt.<br />
Die mit Resist beschichtete Leiterplatte wird zunächst mit einer galvanischen Nickelschicht<br />
> 3 µm als Diffusionssperre (verhindert das sukzessive 'Verschwinden' des nachfolgenden<br />
Goldes durch Diffusion) versehen. Nach der Vernickelung folgt die eigentliche galvanische<br />
Vergoldung. Dabei werden Goldschichtdicken > 0.4 µm bis zu 2 µm abgeschieden. Dies ist vom<br />
Verwendungszweck abhängig. Für Stecker gilt die Anzahl der Steckzyklen.<br />
Zum Beispiel:<br />
• 0.4 µm 20 Steckzyklen<br />
• 0.7 µm, 50 Steckzyklen<br />
• 1.3 µm, 200 Steckzyklen<br />
• 2.0 µm, 500 Steckzyklen<br />
• Mit Zusätzen wie Kobalt, usw. (wird dann<br />
auch "Hartgold" genannt) kann unter<br />
Umständen auf eine Nickel-Diffusionssperre<br />
verzichtet werden.<br />
L<strong>ag</strong>erfähigkeit:<br />
• Die L<strong>ag</strong>erfähigkeit ist aufgrund der Nickel-<br />
Diffusionssperre und der „Unverwüst -<br />
lichkeit“ des Goldes „fast" unbeschrankt.<br />
Voraussetzung ist allerdings eine sauber<br />
ausgeführte Galvanisierung.<br />
Vorteile:<br />
• gut geeignet für höhere mechanische<br />
Beanspruchungen.<br />
Nachteile:<br />
• BlackPad-Effekt möglich<br />
• Kosten
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<strong>Oberflächen</strong>vergleich<br />
Oberfläche Schichtaufbau / -<br />
dicke<br />
Einsatz Kosten Löten L<strong>ag</strong>erzeit<br />
Sur-Tin 0.8-1.7 µm Sn Löten ++ ++ ca. 6 Monate<br />
Ormecon 0.08 µm<br />
Loten,<br />
++ ++ > 12 Monate<br />
chemisch Zinn organisch Metall (Leitkleben),<br />
0.8 -1.2 µm Sn Einpresstechnik<br />
Chemisch 3 - 6 µm NiP Loten, Alu- - ++ > 12 Monate<br />
Nickel-Gold / 70 - 120 nm Au Drahtbonden,<br />
Leitkleben<br />
Galvanisch 4 - 6 µm NiP Stecker,<br />
- - unbegrenzt<br />
Gold / 0.4 - 2 µm Au Schleifer<br />
Vergleich der Goldoberflächen<br />
Kriterium chemisch Nickel- chemisch Nickel- Hartgold<br />
Gold (ENIG)<br />
Dickgold<br />
Schichtdicke Gold 0.075 - 0.3 µm 0.5 - max. 1.0 µm 1.0 -1.2 µm<br />
Schichtdicke Nickel 4 - 6 µm 4 - 6 µm 4 - 6 µm<br />
Haltbarkeit min. 6 Monate min. 12 Monate min. 12 Monate<br />
Anwendungen Alu-Draht-Bonding Alu- oder Golddraht-<br />
Bonding<br />
Steckerleisten<br />
Eigenart weich weich hart (Kobalt-legiert)<br />
Kosten mittel mittel hoch<br />
Layout-Hinweise keine keine Goldflächen müssen<br />
elektrisch verbunden<br />
sein<br />
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