Für Kontaktflächen von Leiterplatten sind verschiedene Lötoberflächen verfügbar. Diese kategorisieren sich in metallische und organische Lötoberflächen. Chemisch Nickel/Gold (ENIG), Paladium Nickel/Gold (ENEPIG), HAL, chemisch Zinn, chemisch Silber sind metallische Lötoberflächen und Organic Solderability Preservative (OSP) ist eine organische Lötoberfläche. Die Aufgabe von Lötoberflächen ist es, Kupferflächen, welche nicht von Lötstopplack abgedeckt sind, gegen Oxidation zu schützen und eine für Lötprozesse (SMD, Wellenlöten, selektives Wellenlöten, manuelles Löten usw.) optimierte Oberfläche zur Verfügung zu stellen.
Löten und Lötoberflächen
Beim Löten schmelzen die Lötoberfläche der Leiterplatte und mit dem vor, oder während dem Lötprozess zugeführten Lot (SMD Lotpaste, Wellenlöten Lötzinn, oder Lötdepot auf Kontaktflächen) auf und bilden die Lötstelle. Dabei bilden Kupfer und Lot eine Legierung (Mischmetall).
Bei der chemisch Nickel/Gold-Lötoberfläche löst sich das schützende Gold währende des Lötvorgangs im Lot auf und die darunter liegende Nickelschicht geht mit dem Lot eine Verbindung ein.
Lötoberflächen haben unterschiedlichen Vor- und Nachteile.
Deren Auswahl erfolgt in Abhängigkeit von
- dem Leiterplattendesign und den damit verbundenen Herstellungsprozessen
- erforderlichen Löt- und Montageprozessen des Kunden
- der finalen Applikation des Kunden / Endkunden, sowie
- Beschaffungs-, Lagerzeiten in Verbindung mit dem Shelflife der Leiterplatte
Es gibt aber eine weitere Oberfläche, die sich durch ihre mechanische Widerstandsfähigkeit auszeichnet. Die Oberfläche Hartgold. In diesem Blogbeitrag erfahren Sie, was die Oberfläche Hartgold einzigartig macht und wo diese am häufigsten angewendet wird.
Was ist eine Hartgold Oberfläche?
Hartgold, auch bekannt als galvanisches Gold, weist im Vergleich zu ENIG größere Schichtdicken Gold auf und ist widerstandsfähiger gegen mechanische Belastungen. Das für eine Hartgoldoberfläche verwendete Gold ist mit Nickel, oder Kobalt legiert, um damit Härte – Verschleißfestigkeit zu verbessern. Hartgold ist eine ideale Oberfläche Steckkontakte, deren Langlebigkeit auch über die Anzahl möglicher Steckzyklen definiert ist.
Hartgold wird auf Leiterplattenbereiche aufgebracht, die mechanisch stark beansprucht werden. Zu den Applikationen gehören z.B. Edge-Steckverbinder und Tastaturkontakte, die Robustheit und Verschleißresistenz erfordern.
Anwendungsbereiche für Hartgold Oberflächen
Kantensteckkontakte (Goldfinger):
Kantensteckkontakte, oft auch Goldfinger genannt, sind eine der Hauptanwendungen von Hartgoldoberflächen. Diese meist mit ENIG und abschließend galvanisch mit Hartgold beschichteten Kupferfinger befinden sich am Rand von Leiterplatten und werden für anspruchsvolle Steckverbindungen mit anderen elektronische Bauelementen eingesetzt.
Kantensteckkontakte gewährleisten eine sichere Datenübertragung zwischen miteinander verbundenen Komponenten in Geräten wie Computern, Smartphones und in Industrieanlagen. Für zuverlässige und langlebige Verbindungen zwischen Leiterplatten und externen Komponenten sind sie unerlässlich.
Langlebigkeit und Zuverlässigkeit werden durch eine höhere Härte der Hartgoldoberfläche erreicht, welche beständiger gegen die beim Stecken von Verbindungen auftretenden Reib- und Druckkräften ist und damit Verschleiß einen höheren Widerstand leistet, als das z.B. eine Oberfläche aus ENIG kann.
Die mit Härte einhergehende Verschleißfestigkeit der Hartgoldlegierung ermöglicht es Steckverbindern eine große Anzahl von Steckzyklen über längere Zeiträume starke elektrische Verbindungen aufrechtzuerhalten.
Kantensteckverbinder werden z.B. auf PCI-Boards (Peripheral Component Interconnect) verwendet, weil diese Anwendung ein wiederholbar sicheres Ein- und Ausstecken von Verbindungen erfordern.
Weitere Beispiele für Hartgoldanwendungen:
- RAM-Module (Arbeitsspeicher): Goldfinger sorgen für eine zuverlässige Verbindung zwischen Mainboard und diesen Speichermodulen
- Steckverbinder: Werden in Smartphones verwendet, um eine stabile und langlebige Verbindung zwischen der SIM-Karte und dem Telefon zu gewährleisten.
- Server-Erweiterungskarten: Hinzufügen zusätzlicher Speicher- / Netzwerkkapazitäten bei z.B. Servern.
- Industrielle Motherboards: Halten rauen Umgebungen und Arbeitsbedingungen stand.
Tastaturen und Tastenkontakte – Selektives Hartgold:
Tastaturen oder Tastenkontakte sind Paradebeispiele für den Einsatz von selektiver Hartvergoldung. Hierbei wird das Hartgold nur auf die Bereiche aufgebracht, welche durch den Tastenkontakt stark mechanisch belastet werden.
Die in den entsprechenden Bereichen dickere und härte Goldschicht wirkt Verschleiß und Degradation entgegen und sorgt für eine zuverlässige elektrische Verbindung bei jedem Tastenanschlag.
Um diese auf nur bestimmte Bereiche eingegrenzte – selektive Beschichtung zu ermöglichen, muss jedes zu beschichtendes Element (Steckkontakt, oder Pad) eine separate, elektrische Verbindung erhalten, welche bis zu den Außenkanten der Leiterplatte geführt wird. Über diese Verbindungen läuft im Fertigungsprozess der Leiterplatte, der für die galvanische Beschichtung notwendige Strom.
Um die Herstellbarkeit der Leitplatte zu gewährleisten, muss die Führung dieser für den galvanischen Prozess notwendigen, elektrischen Verbindungen bereits beim Leiterplatten-Design berücksichtigt werden. Wir empfehlen Ihnen deshalb, Ihren lokalen NCAB Techniker in die Planung von galvanischen Steck- oder Tastenkontakten einzubeziehen.
Technische Spezifikationen für Hartgoldoberflächen:
| IPC Class 1 | IPC Class 2 | IPC Class 3 | |
| Minimale Gold Schichtdicke | 0.8µm | 0.8µm | 1.25µm |
| Minimale Nickel Schichtdicke | 2µm | 2.5µm | 2.5µm |
Die NCAB-Standardanforderung ist die der IPC-Klasse 2. Im Vergleich dazu beträgt die Mindestdicke von chemisch Gold für das ENIG-Finish 0,05 μm.
Vorteile
- Langlebige Oberfläche, beständig gegen mechanische Reibung
- Lange Lebensdauer
- RoHS-konform
Nachteile
- Teuer
- Nicht zum Löten geeignet
- Kann mit anderen lötbaren Oberflächen auf der Leiterplatte inkompatibel sein (Binden Sie Ihren lokalen NCAB-Techniker in die Planung ein)
- Selektives Hartgold benötigt separate, elektrischen Anbindungen für die Beschichtung von Verbindungen
Herstellprozess
Da eine Hartgoldoberflächenveredelung in einem galvanischen Prozess aufgebracht wird, müssen die zu beschichtenden Flächen galvanisch mit Leiterbahnen angebunden werden. Diese zusätzlichen Leiterbahnen können nach dem galvanischen Prozess entfernt werden, was auf zwei Arten erfolgen kann:
1. Mechanisches Entfernen der elektrischen Verbindung beim sogenannten Anfasen
2. Entfernung durch Ätzen
Das erklärt als, warum Kontaktflächen mit Hartgoldbeschichtung in der Designphase entsprechend sorgfältig geplant werden müssen.
Zusammenfassung
Eine Hartgoldendoberflächenveredelung ist die gute Wahl für Leiterplatten, die langlebige, verschleißintensive Verbindungen sicherstellen sollen. Die überlegene Beständigkeit gegen mechanische Reibung und die lange Lebensdauer rechtfertigen den höheren Produktionsaufwand und den Einsatz von teurerem Hartgold. Für einen detaillierten Kostenvoranschlag oder weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Ihren üblichen NCAB-Ansprechpartner.