PCB-oppervlakafwerkingen zijn de onbezongen helden van de elektronica-industrie, die de kloof overbruggen tussen kale koperen sporen en soldeerverbindingen. Deze beschermende coatings zorgen voor betrouwbare elektrische verbindingen, zijn bestand tegen corrosie en verlengen de houdbaarheid - cruciaal voor alles, van smartphones tot lucht- en ruimtevaartsystemen. Met opties variërend van kosteneffectieve HASL tot zeer betrouwbare ENIG, hangt de keuze van de juiste afwerking af van de toepassingsbehoeften: soldeerbaarheid, duurzaamheid, kosten en milieubestendigheid. Deze gids classificeert de meest voorkomende PCB-oppervlakafwerkingen, vergelijkt hun kenmerken en helpt u de beste optie voor uw project te selecteren.
Belangrijkste punten
1.PCB-oppervlakafwerkingen beschermen koperen sporen tegen oxidatie, waardoor de soldeerbaarheid tijdens de montage en de betrouwbaarheid op lange termijn wordt gewaarborgd.
2.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) biedt de beste combinatie van soldeerbaarheid, houdbaarheid en prestaties bij hoge frequenties, ideaal voor medische en lucht- en ruimtevaarttoepassingen.
3.HASL (Hot Air Solder Leveling) blijft kosteneffectief voor consumentenelektronica met grote volumes, maar heeft moeite met componenten met een fijne pitch.
4.Immersion tin en silver blinken uit in loodvrije ontwerpen met hoge dichtheid, terwijl OSP (Organic Solderability Preservative) de voorkeur heeft voor projecten met lage kosten en een korte houdbaarheid.
5.De selectie hangt af van factoren zoals de pitchgrootte (≤0,4 mm vereist ENIG/tin), de houdbaarheid (ENIG gaat >1 jaar mee) en omgevingsbelasting (automotive vereist hoge temperatuurbestendigheid).
Wat zijn PCB-oppervlakafwerkingen?
PCB-oppervlakafwerkingen zijn dunne coatings die na het etsen op blootliggende koperen sporen en pads worden aangebracht. Hun belangrijkste rollen zijn:
Oxidatie voorkomen: Kaal koper reageert met lucht en vormt binnen enkele uren een niet-soldeerbare oxidelaag. Afwerkingen fungeren als een barrière.
Soldeerbaarheid verbeteren: Zorg voor een stabiel oppervlak voor soldeer om te bevochtigen en sterke verbindingen te vormen tijdens reflow- of golfsolderen.
Beschermen tijdens het hanteren: Bestand tegen krassen, vocht en chemicaliën tijdens montage en opslag.
Zonder een afwerking worden PCB's binnen enkele dagen onmonteerbaar en kan zelfs lichte oxidatie leiden tot defecten in soldeerverbindingen bij gebruik in het veld.
Classificatie van PCB-oppervlakafwerkingen
Oppervlakafwerkingen worden gecategoriseerd op basis van hun materialen en applicatieprocessen. Hieronder staan de meest voorkomende typen, samen met hun kenmerken, voor- en nadelen.
1. HASL (Hot Air Solder Leveling)
HASL is een van de oudste en meest gebruikte afwerkingen, vooral in productie met grote volumes. Het proces omvat:
Het onderdompelen van de PCB in gesmolten soldeer (loodvrij of tin-lood).
Het blazen van hete lucht over het oppervlak om overtollig soldeer te verwijderen, waardoor een vlakke (maar enigszins ongelijke) coating achterblijft.
Kenmerken:
Samenstelling: 99,3% tin, 0,7% koper (loodvrij) of 63% tin/37% lood (traditioneel, nu zeldzaam).
Soldeerbaarheid: Uitstekend voor through-hole en grote SMT-componenten; soldeer bevochtigt gemakkelijk.
Houdbaarheid: 6–9 maanden (oxidatie vermindert langzaam de soldeerbaarheid).
Kosten: Laagste van alle afwerkingen (1x basislijn).
Voordelen:
Economisch voor productie met grote volumes (100.000+ eenheden).
Bestand tegen meerdere reflow-cycli (3–5x).
Nadelen:
Ongelijk oppervlak (±10 µm) risico's op soldeerbruggen in componenten met een fijne pitch (<0,8 mm pitch).
Loodvrije versies hebben hogere smeltpunten, waardoor hetere reflow-profielen nodig zijn.
Het beste voor: Consumentenelektronica (tv's, routers), goedkope PCB's met grote componenten.
2. ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)
ENIG is een afwerking met twee lagen: een nikkelbarrière (3–6 µm) bedekt met een dunne goudlaag (0,05–0,2 µm). Het proces maakt gebruik van chemische depositie (geen elektriciteit), waardoor een uniforme dekking wordt gegarandeerd, zelfs op kleine pads.
Kenmerken:
Samenstelling: Nikkel-fosfor (6–8% fosfor) + puur goud.
Soldeerbaarheid: Uitstekend; nikkel vormt sterke verbindingen met soldeer, terwijl goud oxidatie voorkomt.
Houdbaarheid: >1 jaar (goud is onbeperkt bestand tegen oxidatie).
Kosten: 1,5–2x hoger dan HASL.
Voordelen:
Vlak oppervlak (±2 µm) ideaal voor componenten met een fijne pitch (≤0,4 mm BGA, QFN).
Prestaties bij hoge frequenties (laag signaalverlies tot 40 GHz) dankzij de geleidbaarheid van goud.
Bestand tegen corrosie en extreme temperaturen (-40 °C tot 125 °C).
Nadelen:
Risico op “black pad” (nikkelcorrosie onder goud) als de platingparameters niet kloppen.
Goud is duur; dikke lagen (>0,2 µm) veroorzaken soldeerverbrossing.
Het beste voor: Medische apparaten, lucht- en ruimtevaart, 5G-apparatuur en PCB's met componenten met een fijne pitch.
3. Immersion Tin
Immersion tin deponeert een pure tinlaag (0,8–2,5 µm) via een chemische reactie, waardoor een soldeerbaar oppervlak wordt gevormd zonder elektriciteit.
Kenmerken:
Samenstelling: 99,9% tin.
Soldeerbaarheid: Zeer goed; vormt sterke, ductiele soldeerverbindingen.
Houdbaarheid: 12+ maanden met de juiste opslag (droge, verzegelde zakken).
Kosten: 1,2–1,5x HASL.
Voordelen:
Vlak oppervlak (±3 µm) geschikt voor ontwerpen met een fijne pitch (0,5 mm pitch) en hoge dichtheid.
Loodvrij en RoHS-conform.
Compatibel met zowel loodvrij als traditioneel soldeer.
Nadelen:
Gevoelig voor “tin whiskers” (kleine geleidende filamenten) in vochtige omgevingen, met risico op kortsluiting.
Vereist zorgvuldige behandeling; tin krast gemakkelijk.
Het beste voor: Automotive-elektronica (LED-koplampen), industriële sensoren en PCB's met componenten met een medium fijne pitch.
4. OSP (Organic Solderability Preservative)
OSP is een dunne organische coating (0,1–0,5 µm) die via dompelen wordt aangebracht en een beschermende laag vormt die tijdens het solderen oplost, waardoor vers koper wordt blootgelegd.
Kenmerken:
Samenstelling: Op azool gebaseerde organische stoffen (benzotriazoolderivaten).
Soldeerbaarheid: Goed voor 1–2 reflow-cycli; lost schoon op tijdens het solderen.
Houdbaarheid: 3–6 maanden (degradeert bij een luchtvochtigheid van >60%).
Kosten: 0,8x HASL (goedkoopste voor kleine volumes).
Voordelen:
Ultra-vlak oppervlak (±1 µm) perfect voor componenten met een fijne pitch (<0,4 mm).
Geen metaallaag, waardoor de integriteit van signalen met hoge frequentie behouden blijft (ideaal voor 5G).
Nadelen:
Eenmalig gebruik; OSP lost op tijdens het solderen, waardoor koper daarna aan oxidatie wordt blootgesteld.
Slechte duurzaamheid; krassen of vocht verpesten de soldeerbaarheid.
Het beste voor: Prototypes met kleine volumes, PCB's met hoge frequentie (5G, radar) en apparaten met een korte levensduur.
5. Immersion Silver
Immersion silver is een dunne zilverlaag (0,1–0,5 µm) die chemisch wordt afgezet en een balans biedt tussen prestaties en kosten.
Kenmerken:
Samenstelling: Puur zilver.
Soldeerbaarheid: Uitstekend; vormt sterke verbindingen met minimale flux.
Houdbaarheid: 6–9 maanden (verkleurt in een hoge luchtvochtigheid).
Kosten: 1,3–1,6x HASL.
Voordelen:
Vlak oppervlak (±3 µm) werkt voor signalen met een fijne pitch (0,5 mm) en hoge snelheid.
Snellere verwerking dan ENIG, waardoor de doorlooptijden worden verkort.
Nadelen:
Verkleuring (zwart worden) in vochtige omgevingen (>60% RV) vermindert de soldeerbaarheid.
Zilvermigratie brengt risico's op kortsluiting met zich mee in PCB's met een hoge spanning.
Het beste voor: Telecomapparatuur, militaire PCB's en projecten die een snellere doorlooptijd nodig hebben dan ENIG.
Vergelijkingstabel: PCB-oppervlakafwerkingen
|
Kenmerk
|
HASL (loodvrij)
|
ENIG
|
Immersion Tin
|
OSP
|
Immersion Silver
|
|
Oppervlaktevlakkigheid
|
Slecht (±10 µm)
|
Uitstekend (±2 µm)
|
Goed (±3 µm)
|
Uitstekend (±1 µm)
|
Goed (±3 µm)
|
|
Soldeerbaarheid
|
Goed
|
Uitstekend
|
Zeer goed
|
Goed (1–2 reflows)
|
Uitstekend
|
|
Houdbaarheid
|
6–9 maanden
|
>1 jaar
|
12+ maanden
|
3–6 maanden
|
6–9 maanden
|
|
Kosten (relatief)
|
1x
|
1,5–2x
|
1,2–1,5x
|
0,8x
|
1,3–1,6x
|
|
Geschiktheid voor fijne pitch
|
<0,8 mm (risicovol)
|
≤0,4 mm (ideaal)
|
≤0,5 mm
|
≤0,4 mm
|
≤0,5 mm
|
|
Temperatuurbestendigheid
|
260 °C (reflow)
|
300 °C+
|
260 °C
|
260 °C
|
260 °C
|
|
Het beste voor
|
Consumentenelektronica
|
Medisch, lucht- en ruimtevaart
|
Automotive, LED
|
Prototypes, 5G
|
Telecom, militair
|
Hoe u de juiste oppervlakafwerking kiest
De selectie hangt af van de specifieke behoeften van uw project. Gebruik dit beslissingskader:
1. Component pitchgrootte
Fijne pitch (<0,4 mm): ENIG of OSP (vlakke oppervlakken voorkomen bruggen).
Medium pitch (0,5–0,8 mm): Immersion tin, silver of ENIG.
Grote pitch (>0,8 mm): HASL (meest economisch).
2. Vereisten voor de houdbaarheid
>6 maanden: ENIG of immersion tin (zijn het langst bestand tegen oxidatie).
3–6 maanden: Immersion silver of HASL.
Kortetermijn (prototypes): OSP (laagste kosten).
3. Toepassingsomgeving
Hoge luchtvochtigheid: ENIG (goud is bestand tegen verkleuring) of immersion tin (beter dan silver).
Hoge temperatuur: ENIG (nikkel is bestand tegen 300 °C+) of immersion tin.
Hoge frequentie (5G/radar): OSP (geen metaallaag) of ENIG (laag signaalverlies).
4. Productievolume en kosten
Groot volume (100k+): HASL (laagste kosten per eenheid).
Medium volume (10k–100k): Immersion tin of silver.
Klein volume/hoge betrouwbaarheid: ENIG (rechtvaardigt hogere kosten).
5. Industriële normen
Automotive (IATF 16949): ENIG of immersion tin (bestand tegen trillingen/warmte).
Medisch (ISO 13485): ENIG (biocompatibel, lange houdbaarheid).
Lucht- en ruimtevaart (AS9100): ENIG (bestand tegen extreme omstandigheden).
Veelvoorkomende mythen over PCB-oppervlakafwerkingen
Mythe: ENIG is altijd beter.
Feit: ENIG is overkill voor goedkope PCB's met een grote pitch; HASL werkt prima en kost minder.
Mythe: OSP is onbetrouwbaar.
Feit: OSP presteert goed voor apparaten met een korte levensduur (bijv. seizoensgebonden elektronica) en ontwerpen met hoge frequentie.
Mythe: Immersion tin veroorzaakt in alle gevallen whiskers.
Feit: De juiste plating (additieven om whiskers te onderdrukken) en opslag (droge omstandigheden) minimaliseren dit risico.
Veelgestelde vragen
V: Welke afwerking is het beste voor PCB's met hoge frequentie (28 GHz+)?
A: OSP (geen metaallaag) of ENIG (het lage verlies van goud) zijn het beste. Vermijd HASL (ongelijk oppervlak veroorzaakt signaalreflectie).
V: Kan ik ENIG gebruiken voor loodvrije assemblage?
A: Ja. ENIG werkt met loodvrij soldeer (Sn-Ag-Cu) en voldoet aan de RoHS-vereisten.
V: Hoe kan ik de houdbaarheid van OSP verlengen?
A: Bewaar PCB's in verzegelde zakken met droogmiddelen, houd de luchtvochtigheid <50% en gebruik ze binnen 3 maanden na productie.
V: Wat veroorzaakt “black pad” in ENIG?
A: Over-etsen van nikkel of onjuiste parameters voor het vergulden. Kies fabrikanten die gecertificeerd zijn volgens IPC-4552 om dit te voorkomen.
V: Is HASL nog relevant met loodvrije regelgeving?
A: Ja. Loodvrije HASL (Sn-Cu) voldoet aan RoHS en blijft kosteneffectief voor grote componenten.
Conclusie
PCB-oppervlakafwerkingen zijn cruciaal voor betrouwbaarheid, succes bij de assemblage en prestaties. Door de sterke punten van elk type te begrijpen - HASL voor kosten, ENIG voor betrouwbaarheid, OSP voor hoge frequentie - kunt u de optimale afwerking voor uw project selecteren. Of u nu een smartphone of een satelliet bouwt, de juiste oppervlakafwerking zorgt ervoor dat uw PCB de assemblage, opslag en jarenlang gebruik in het veld overleeft.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
