Halten Sie die neue ENIG-Spezifikation IPC-4552A ein?

Die ENIG-Beschichtung ist eine der am weitesten verbreiteten Beschichtungen für Leiterplatten. Im Jahr 2002 veröffentlichte das Institute for Printed Circuits (IPC) die erste Spezifikation für ENIG. Die im August 2017 überarbeitete Fassung (Revision A) sollte die Hersteller dabei unterstützen, ENIG-Beschichtungen reproduzierbarer und zuverlässiger herstellen zu können.

Sofern die richtige Schichtdicke gewählt wird, ist ENIG eine sehr gute Beschichtung für zuverlässige Lötverbindungen und Aluminium-Drahtbondungen. ENIG bietet zudem eine hohe Lagerbeständigkeit. Die dünne äußere Goldschicht ist sehr stabil. Sie verhindert dauerhaft die Oxidation der darunter liegenden Nickelschicht. Allerdings hängt die Leistungsfähigkeit der ENIG-Beschichtung maßgeblich von der Qualität der einzelnen Schichten ab.

Die im August 2017 überarbeitete Spezifikation erläutert, welche Maßnahmen Hersteller ergreifen müssen, damit die von ihnen produzierten Leiterplatten die geforderten Leistungsmerkmale erfüllen. Sie nimmt ausdrücklich auch Bezug auf die Spezifikation J-STD-003 zur Lötbarkeit von Leiterplatten. Die überarbeitete Fassung befasst sich vor allem mit der Dicke der Goldschicht. Wesentliche Punkte sind dabei die Reduzierung der zulässigen Mindestschichtdicke und die Einführung eines neuen Parameters für die maximale Goldschichtdicke. Eine zu dünne Goldschicht im fertigen Bauteil kann dazu führen, dass die Beschichtung beim späteren Feldeinsatz Schaden nimmt. Dies führt zu Korrosion und zu schwachen Lötverbindungen, und letztlich zu einem Versagen der Leiterplatte. Vor dem Hintergrund der besonderen Bedeutung der Goldschichtdicke weist die Spezifikation gezielt auf drei Aspekte hin:

  1. Der Vorgang der ENIG-Beschichtung muss genau kontrolliert werden, damit zuverlässig eine normgerechte Verteilung der Nickel- und Goldschichtdicken erreicht wird.
  2. Die Technologie, mit der die Dicke der aufgetragenen Beschichtung – und damit die Zuverlässigkeit des Gesamtprozesses – gemessen wird, muss sehr genau arbeiten.
  3. Der ENIG-Beschichtungsprozess muss in der Lage sein, zuverlässig eine gleichmäßige Verteilung mit einheitlichen Eigenschaften herzustellen.

In der überarbeiteten Spezifikation IPC-4552A werden auch Hinweise zur Korrosionsprüfung, einschließlich Freigabe- und Sperrkriterien, gegeben.

Die Herausforderung für die Hersteller

Die Überarbeitung der Spezifikation wurde durch Ergebnisse aus umfangreichen Tests des IPC und angeschlossener Organisationen angestoßen. Mit ihr erhalten Produktionsbetriebe eine verlässliche Handreichung für die Herstellung hochqualitativer Beschichtungen. Allerdings ist es nicht immer einfach, unter Produktionsbedingungen die strengen Messvorgaben zu erfüllen.

Im Mittelpunkt stehen hierbei die verwendeten Messgeräte. Für die Schichtdickenmessung werden vielfach RFA-Geräte eingesetzt. IPC-4552A legt dar, mit welchen Kalibriermethoden hierbei die statistischen Vorgaben der Spezifikation erfüllt werden.

Ein besonderes Thema ist hierbei die Sicherstellung der richtigen Goldschichtdicke. RFA-Geräte dürfen für diesen Zweck nur dann verwendet werden, wenn bestimmte Leistungsanforderungen, u.a. strenge Präzisionskriterien, erfüllt werden. Für die Schichtdickenmessung kommen im Wesentlichen zwei Typen von RFA-Detektoren zum Einsatz: Proportionalzähler oder hochauflösende Halbleiterdetektoren wie Siliziumdriftdetektoren (SDD). Mit beiden können die IPC-4552A-Vorgaben erfüllt werden. Der Hersteller muss für sich entscheiden, welche Detektortechnologie angesichts der vorhandenden Anlagen und Technik für seinen Produktionsprozess am besten geeignet ist. Die Wahl der Detektoren beeinflusst maßgeblich die Dauer der Analysen und die Messtoleranzen. Da hochauflösende Detektoren Gold-Peaks besser von Kupfer- und Brom-Peaks unterscheiden können, lassen sich mit ihnen möglicherweise bessere Messergebnisse erzielen.

Die IPC-4552A geht bei den Vorgaben für das Setup und die Kalibrierung der RF-Analysetechnik sehr ins Detail, zum Beispiel hinsichtlich der Größe der Kollimatoren, der Messzeiten, Kalibrierstandards für ENIG-Beschichtungen und der Forderung nach Null-Abweichung. Unter dem folgenden Link können Sie die komplette Spezifikation direkt beim IPC herunterladen.

Hitachi High-Tech ist Mitglied im Institute for Printed Circuits. Wir empfehlen Leiterplattenherstellern zur Qualitätssicherung, insbesondere beim Einsatz von RFA-Technologie, nach diesen Spezifikationen zu verfahren. Bei den von uns entwickelten RFA-Geräten können Sie sich darauf verlassen, dass sie mit dem schnellen Fortschritt in der Leiterplattentechnologie Schritt halten können und Sie dabei unterstützen, zuverlässig eine gleichbleibend hohe Qualität Ihrer Produktion zu erzielen. 

Erfahren Sie mehr über unsere Schichtdickenanalysegeräte für den Elektronikbereich:

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Datum: 13 December 2018

Autor: Hitachi High-Tech Analytical Science

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