Qualität und Zuverlässigkeit der Oberfläche chemisch ... - FED-Wiki

Qualität und Zuverlässigkeit der Oberfläche
chemisch Nickel/Gold prüfen und beurteilen
Von Michael Ihnenfeld, FED-Geschäftsstelle, Berlin
Allgemein
Die IPC-4552 gibt einen Überblick über die grundsätzlichen
Eigenschaften, wie beispielsweise Schichtdicken,
Haftfestigkeit, Lötbarkeit, Applikation und
Schichtdickenmessung sowie die Untersuchungen
und deren Ergebnisse, die im Rahmen der Erarbeitung
der Richtlinie durchgeführt wurden. Auf einige
wichtige Punkte wird aber gar nicht oder nur sehr
begrenzt eingegangen. Dazu zählen beispielsweise
Einflüsse des Phosphor/Bor-Gehalts, Verunreinigungen
der Oberfläche und deren Beurteilung im Rah-
LEITERPLATTENTECHNIK
Die Qualität und Zuverlässigkeit der Leiterplattenoberfläche chemisch Nickel/Gold wird immer wieder kontrovers
diskutiert. Anwender und Freunde dieser vielseitigen Oberfläche und Kritiker argumentieren mit den
jeweiligen Vor- und Nachteilen. Wenn man sich etwas intensiver mit der Thematik befasst, stellt man fest, dass
es keine einfache, feste Regel gibt, um sich für oder gegen den Einsatz zu entscheiden. Vielmehr ist es notwendig
sich die Anforderungen an die Fertigung und Prüfung, die Qualität und Zuverlässigkeit, an das Produkt
und dessen Einsatzbedingungen usw. genauer anzusehen und abzuwägen. Der Entscheidungsprozess ist also
etwas komplexer und man kommt nicht darum herum sich tiefgründiger damit zu beschäftigen. Eine Hilfe dabei
sind neben vielen erschienen Fachartikeln, die deutsche Übersetzung der IPC-4552 (Spezifikation für chemisch
Nickel/Gold für Oberflächen von Leiterplatten) und die FED-Schrift (Leiterplattenoberfläche Chemisch
Nickel/Gold) aus der Reihe Bibliothek des Wissens, Band 6. Nachfolgend werden die Inhalte der Schrift auf-
geführt und beispielhaft gezeigt wie die FED-Schrift die IPC-4552 ergänzt.
FED-Schrift, Band 6 – Leiterplattenoberfläche Chemisch Nickel/Gold
Inhalte
Abschnitt Inhalte
men der visuellen Prüfung. Ausserdem unter anderem
organische Beläge, Färbung, Glanzgrad, kristalliner
Aufbau, Porosität, intermetallischer Aufbau und Haftung
der Schichten. Diese Gesichtspunkte und deren
Auswirkungen auf die Qualität und Zuverlässigkeit
der Leiterplatte und insbesondere der fertigen Baugruppe
werden in der FED-Schrift, Band 6 eingehend
betrachtet und beurteilt. Visualisiert werden die Themen
durch sehr umfangreiches Bildmaterial aus der
täglichen Praxis des Autors Lutz Bruderreck, Techno-
Lab GmbH, Berlin.
1 Einleitung
2 Phosphor/Bor-Gehalt
3 Visuelle Inspektion (freies Kupfer, Rückstände auf dem Gold, Ionische Reinheit, Korrosion,
Verfärbungen, Glanzgrad, Fremdabscheidung (Nickelfoot), Unterwanderung und Gefahr von Rissen
durch Kerbwirkung, Haftung, Topographie (Korngrößen)
4 Schichtdicken von Nickel und Gold, Schichtdickenverteilung, Zusammenhänge mit der Messmethode,
Übergang und Haftung zwischen Kupfer und Nickel, Porosität der Goldschicht
5 Metallographische Präperation
6 Inspektion des metallographischen Präparats
7 Inspektion im Raster-Elektronen-Mikroskop (REM)
8 Analytik im REM mit EDX- und WDX-Option
9 Lötbarkeit
PLUS 12 /2010 1

LEITERPLATTENTECHNIK
Beispiele für Inhalte
Visuelle Inspektion (Abb. 1 bis 3)
Abb. 1: Unterschiede in Färbung und Glanzgrad (Auszug
aus der FED-Schrift, Band 6)
Abb. 2: Nickelfoot entlang der Lötstoppmaske (Auszug aus
der FED-Schrift, Band 6)
Abb. 3: Unterwanderung der Lötstoppmaske (Auszug aus
der FED-Schrift, Band 6)
Schichtdicken, Haftung und Porosität (Abb. 4 bis 7)
Die Messung der Schichtdicke kann zerstörungsfrei
erfolgen mittels Röntgenfluoreszenz XRF. Die
Verwendung von Korrekturfaktoren für Dichte und
Phosphorgehalt ist erforderlich. Zur Vermeidung von
Messfehlern durch Einflüsse der Organik (speziell
Brom in Basismaterial und Lötstoppmaske) muss
der Messfleck auf der zu vermessenden Fläche einen
ausreichenden Randabstand haben. Bei Schiedsuntersuchungen
sollten die Messparameter zwischen
Hersteller und Anwender vereinbart werden:
• Messzeit
• Filter und Filtertyp
• Durchmesser des Messflecks
• Messort
• Beschleunigerspannung
• Korrekturfaktor
Abb. 4: Reduzierte Schichtdicke NiP in der Fläche und an
der Kante (Auszug aus der FED-Schrift, Band 6)
Abb. 5: Ablösung der NiP-Schicht vom Kupfer (Auszug aus
der FED-Schrift, Band 6)
2 PLUS 12 /2010

Abb. 6: Poren (Auszug aus der FED-Schrift, Band 6)
Abb. 7: Korrosion nach Schadgastest durch Poren (Auszug
aus der FED-Schrift, Band 6)
Metallographie, REM, EDX-Analyse (Abb. 8 und 9)
Abb. 8: REM-Aufnahme für anschließende EDX-Analyse
(Auszug aus der FED-Schrift, Band 6)
LEITERPLATTENTECHNIK
Abb. 9: EDX-Spektrum (Auszug aus der FED-Schrift,
Band 6)
Lötbarkeit (Abb. 10 und 11)
Abb. 10: Benetzungsmängel (Auszug aus der FED-Schrift,
Band 6)
Abb. 11: Benetzungsmängel, Entnetzung (Auszug aus der
FED-Schrift, Band 6)
PLUS 12 /2010 3

LEITERPLATTENTECHNIK
Zusammenfassung
Die Idee zur Ausarbeitung der FED-Schrift entstand
im Rahmen der Arbeiten zur Übersetzung
der IPC-4552 (Spezifikation für Chemisch Nickel/
Gold für Oberflächen von Leiterplatten). Der Autor
Lutz Bruderreck verfügt über langjährige praktische
Erfahrungen in der Untersuchung und Beurteilung
von Leiterplatten und Baugruppen mit Chemisch
Nickel/Gold-Oberfläche und arbeitet unter anderem
im Arbeitskreis K682 (Montageverfahren für elektronische
Baugruppen) der Deutschen Kommission
Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik
(DKE). Im Rahmen des Redigierens der IPC-4552
wurde deutlich, dass die IPC-Richtlinie viele Aspekte
und Anforderungen für diese Leiterplattenoberfläche
gar nicht oder nur teilweise behandelt. Außerdem
erschien der Umfang des Bildmaterials verbesserungsfähig.
Aus dem Wunsch dem Anwender der
Oberfläche und der Richtlinie mehr Unterstützung
in der täglichen Praxis zu bieten, entstand in der
FED-Geschäftsstelle die Idee, Herrn Bruderreck zu
bitten, eine ergänzende FED-Schrift zu erarbeiten,
die möglichst viele Lücken der Richtlinie schliessen
und ergänzendes Bildmaterial zur Verfügung stellen
soll. Diese nun vorliegende Schrift aus der Reihe
Bibliothek des Wissens stellt eine wertvolle Hilfe
und praktische Ergänzung der IPC-4552 dar. Sie
nimmt detailliert direkten Bezug auf die Inhalte der
IPC-Richtlinie, erhebt aber nicht den Anspruch eine
zweite IPC-Richtlinie oder Spezifikation zu sein. Den
eigentlichen Nutzen bietet sie dem Anwender in der
Kombination mit der Richtlinie IPC-4552. Aus diesem
Grund bietet der FED im Webshop die Möglichkeit
ein KIT aus Richtlinie und Schrift zu bestellen
(www.fed.de/cgi-bin/?id=150&query-shop=kit&
search=Artikel+durchsuchen). Für einige Aussagen,
Beispiele und Handlungsvorschläge hat der Autor
weitere Fachleute aus der Industrie zu Rate gezogen.
Dazu gehören sowohl Hersteller der verwendeten
chemischen Bäder und Prozesse, als auch Leiterplatten-
und Baugruppenhersteller. Viele Punkte wurden
auch direkt aus der langjährigen, praktischen Erfahrung
des Autors gespeist, der auch die vielen, selbst
erstellten Bilder (Fotos, Mikroschliffe und REM-Aufnahmen)
zur Verfügung stellte. Der FED dankt Lutz
Bruderreck für das zur Verfügung gestellte umfangreiche
Bildmaterial und seine engagierte Arbeit bei
der Verfassung des sechsten Bandes der Bibliothek
des Wissens. Die Schrift kann im FED-Webshop bestellt
werden: www.fed.de/cgi-bin/?id=150&a=411
4 PLUS 12 /2010