Lötoberflächen für Leiterplatten, Teil 2: Chemisch Nickel-Gold

Die Lötoberfläche chemisch Nickel-Gold (chem. NiAu) wird auch als ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) bezeichnet. In einem nasschemischen Prozess wird zunächst eine 3 bis 6 µm dünne Schicht aus Nickel (Phosphor-dotiert) auf den Kupferflächen der Bauteilanschlüsse abgeschieden. Die Nickelschicht bildet eine Barriere für die 0,05 bis 0,125 µm dünne Goldschicht, die im Anschluss ebenfalls chemisch aufgebracht wird. Beim Lötprozess benetzt die Nickel-Gold-Schicht sich schnell und gleichmäßig mit dem Lot. Zwischen dem Zinn der Lotlegierung und dem Nickel der Lötoberfläche bildet sich eine Abfolge von intermetallischen Phasen Nickel-Zinn mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Das Gold wird beim Lötprozess vollständig aufgelöst. Im Idealfall liegt nach dem Erstarren des Lotes eine gleichmäßige wenige Mikrometer dicke metallische Zone vor, die fest auf dem Untergrund haftet und zuverlässige SMD-Lötverbindungen ermöglicht.

Lötoberfläche chemisch Nickel Gold
Schliffbild Locheingang mit chemisch Nickel-Gold-Oberfläche

Planare Oberfläche und 12 Monate Lagerfähigkeit

Chemisch NiAu bietet neben einer planaren Lötoberfläche auch eine lange Lagerfähigkeit. Bei sachgemäßer Lagerung gibt der Leiterplattenhersteller 12 Monate Lötbarkeitsgewährleistung. Die Benetzung der Lötpads wird nach der Norm J-STD-003 bewertet. Die resultierende Nickel-Zinn-Legierung ist brüchiger als eine Kupfer-Zinn-Verbindung. Für elektronische Baugruppen, die starken Biegungen oder Vibrationen ausgesetzt sind, ist die Lötoberfläche daher nicht zu empfehlen. Chemisch NiAu ist RoHS-konform und in der IPC-4552 beschrieben. Die Schichtdicken werden zerstörungsfrei mit einer Röntgenprüfung oder in einer zerstörenden Prüfung mit einer Schliffanalyse gemessen. Im Schliffbild ist allerdings nur die Nickelschickt sichtbar. Die Goldschicht ist zu dünn, um sie im Schliffbild zu erkennen und zu messen.

Die Nickel-Gold-Oberfläche ist auch geeignet für Schaltkontakte und das Drahtbonden. Prädestiniert ist ENIG für das Aluminium-Drahtbonden gemäß MIL-STD 883. Für das Gold-Drahtbonden ist die Goldschicht unserer Meinung nach zu dünn. Allerdings haben wir Kunden, die den Bondprozess für sich selbst validiert haben und bei deren Anwendungen das Gold-Drahtboden funktioniert. Für die Einpresstechnik eignet sich chemisch NiAu nur bedingt, weil Nickel spröde und hart ist. Allerdings haben unsere Kunden den Prozess auch für sich selbst validiert.

Möglich ist die Kombination mit galvanisch abgeschiedenem Nickel-Gold auf den Steckerkontakten  am Leiterplattenrand. Die galvanisch aufgetragene Gold-Oberfläche für Leiterplattensteckverbinder (Hartgold oder Steckergold) ist deutlich dicker und robuster als bei ENIG.

Die am meisten verwendete Lötoberfläche

Chemisch NiAu ist die am meisten verwendete Lötoberfläche in Europa. Schätzungsweise 50 % aller in Europa gefertigten Leiterplatten haben diese Endoberfläche; Tendenz steigend (Quelle: ZVEI). Auch bei KSG ist ENIG mit Abstand das von Kunden am meisten verwendete Leiterplattenfinish. Wir schätzen, dass mit dem Anstieg der Fein- bzw. Feinstleitertechnologien der Fertigungsanteil dieser Oberfläche weiter steigt.

Chemisch Nickel Gold Lötoberfläche
REM-Aufnahme einer Oberfläche mit der typischen „Blumenkohl“-Struktur der Nickeabscheidung (Quelle: IPC-4552)

 

 

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