Chemisch Silber zählt zu den RoHS-konformen Beschichtungen, die zum Oxidationsschutz von Kupfer eingesetzt werden können. Es handelt sich dabei um eine dünne Beschichtung, die vor allem dazu dient, bei der Leiterplattenherstellung die Lötbarkeit sicherzustellen. Dies erfolgt, indem das Silber sich in das Lötmittel zerstreut und dabei für die Lötungen eine saubere Kupferoberfläche hinterlässt. Außerdem schützt die Silberschicht die Leiterplatte über ihre gesamte Lebenszeit hinweg vor einem Oxidieren des Kupfers.
Die IPC-4553A führt im Einzelnen auf, welche Parameter bei der Beschichtung von Oberflächen aus Chemisch Silber unter Produktionsbedingungen für eine reproduzierbare und stabile Lötverbindung sorgen.
Die erste Spezifikation für Chemisch Silber, IPC-4553, wurde 2005 veröffentlicht. Sie war auf die zu der Zeit übliche Leiterplattenfertigung ausgerichtet und umfasste Richtlinien für die Anwendung der beiden damals für die industrielle Fertigung zur Verfügung stehenden Tauchsilberverfahren. In der Industrie sprach man von Dick- und Dünnbeschichtungen. Im Laufe der Zeit verlor die Dünnbeschichtung jedoch zunehmend an Bedeutung. Die Dickbeschichtung wurde zum Industriestandard. Dieser Entwicklung wurde 2009 mit der Überarbeitung der Spezifikation Rechnung getragen. Heute ist die IPC-4553A die maßgebliche Richtlinie.
Ein wesentlicher Punkt in der überarbeiteten Spezifikation ist die Festlegung einer Ober- und Untergrenze für die Dicke der Silberschicht. Sie dient der Qualitätssicherung bei der Fertigung und erhöht die Zuverlässigkeit des Bauteils in der späteren Anwendung. Ist die aufgetragene Schicht zu dünn, so oxidiert das Kupfer während des Lötvorgangs und es lässt sich möglicherweise keine stabile Lötverbindung herstellen. Ist die Beschichtung dagegen zu dick, besteht die Gefahr, dass sich die Lötverbindung beim späteren Einsatz des Bauteils lockert oder komplett versagt. Die Spezifikation ist ausgelegt für die Herstellung einer zuverlässigen Oberflächenbeschichtung mit einer Lagerbeständigkeit von 12 Monaten gemäß IPC J-STD-003.
Neben den Spezifikationen für die Schichtdicke enthält die IPC-4553A auch Vorgaben hinsichtlich Porosität, Haftvermögen, elektrolytischer Korrosion, chemischer Beständigkeit und Signalverlust im Hochfrequenzbereich. Dazu kommt noch, dass Silber eine aktive Substanz ist, die beim Kontakt mit Schwefel anläuft. Aus diesem Grund gibt die Spezifikation auch Richtlinien für das Verpacken und die Lagerung vor, die die Silberbeschichtung bestmöglich gegen den Einfluss der Umgebungsbedingungen schützen sollen.
Hier können Sie die komplette Spezifikation direkt vom Institute for Printed Circuits (IPC) anfordern.
Bei zukünftigen Ausgaben der Spezifikation werden zusätzliche Nutzungsmöglichkeiten von Silberbeschichtungen wahrscheinlich eine zunehmende wichtige Rolle spielen, etwa für Aluminium-Drahtbondungen oder taktile Metallschaltkontakte.
Die Spezifikation IPC-4553A gibt für eine spezifische Kontaktfläche (60 x 60 mils) eine maximale und eine minimale Schichtdicke der Silberauflage vor. Dies geschieht aus dem wichtigen Grund, dass die Dicke der Schicht abhängig von der beschichteten Fläche ist. Die Schichtdickenmessung erfolgt mit RFA-Geräten. Hierbei ist jedoch unbedingt darauf zu achten, dass die Messgeräte die richtigen Einstellungen für die Schichtdickenmessung von Tauchsilber aufweisen. Hierzu enthält die Spezifikation detaillierte Anweisungen. Das Wichtigste ist dabei eine regelmäßige und gründliche Kalibrierung der RFA-Geräte. Hierzu ist ein Kalibrierstandard aus Kupfer mit einer Silberbeschichtung zu verwenden, der hinsichtlich der Größenordnung von Schichtdicke und Kontaktfläche vergleichbar mit den Werten aus der Produktion ist.
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.
Fallstudie: Werkstoffanalyse von Wälzlagerprodukten mit dem X-MET8000 RFA Handgerät bei Kugellager-Express
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