HASL vs ENIG: Wie man die richtige Oberflächenbeschichtung für Leiterplatten auswählt

Die Oberflächenbeschichtung einer Leiterplatte dient nicht nur dem Schutz, sondern kann auch den Lötprozess und die Leistung der Platine beeinflussen. Die Auswahl der richtigen Oberfläche für Ihre Leiterplatte ist angesichts zahlreicher Faktoren eine knifflige Angelegenheit. HASL vs ENIG gelten als zwei beliebte Optionen. Bei der Entscheidung zwischen diesen beiden Optionen stehen viele Ingenieure oft vor einer schwierigen Wahl. Das liegt daran, dass sich HASL vs ENIG in vielen Aspekten erheblich unterscheiden und jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile haben. In diesem Blogbeitrag stellen wir Ihnen die 8 wichtigsten Unterschiede vor, um Ihnen zu helfen, alle Unklarheiten zu beseitigen und die richtige Oberfläche auszuwählen.

Ein kurzer Überblick über HASL und ENIG

HASL (Hot Air Solder Leveling): HASL ist bekannt für seine Kosteneffizienz. Die Leiterplatte wird zunächst in geschmolzenes Lot getaucht und dann mit Heißluft geglättet. Um überschüssiges Lot zu entfernen, wird mit einem Heißluftmesser über die Oberfläche der Leiterplatte geblasen.

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): ENIG ist eine zuverlässigere und ausgefeiltere Technik. Dabei wird zunächst eine Nickelschicht auf die Kupferpads und -bahnen aufgebracht, gefolgt von einer dünnen Goldschicht.

HASL vs ENIG: Was sind die wichtigsten Unterschiede?

1. Prozessunterschiede zwischen HASL und ENIG  

• Heißluft-Lötnivellierungsprozess:

Schritt 1: Reinigung

Reinigen Sie die Platine mit mechanischen oder chemischen Methoden und entfernen Sie dabei Schmutz, Staub oder andere Verunreinigungen.

Schritt 2: Auftragen von Flussmittel

Tragen Sie das PCB-Flussmittel auf die Leiterplatte auf, um Oxidation zu vermeiden und die Lötbenetzung zu verbessern.

Schritt 3: Vorheizen

Es ist wichtig, die Leiterplatte auf bis zu 150 °C vorzuwärmen, um einen Thermoschock zu vermeiden.

Schritt 4: Eintauchen in Lötzinn

Tauchen Sie die Platine in das geschmolzene Lötbad, dessen Temperatur in der Regel 230 bis 260 °C beträgt. Bei einem bleifreien Verfahren muss eine Temperatur von 250 bis 280 °C erreicht werden.

Schritt 5: Heißluftnivellierung

Überschüssiges Lot kann mit Heißluft entfernt werden. Die Temperatur kann bis zu 400–450 °C betragen.

Schritt 6: Abkühlungsprozess

Um das Lot zu verfestigen, kühlen Sie die Leiterplatte auf Umgebungstemperatur ab.

Schritt 7: Nachreinigung

Reinigen Sie die Platine, um überschüssiges Flussmittel zu entfernen.

• Chemisches Vernickeln mit Immersionsgold:

Schritt 1: Reinigung

Wie bei HASL, um die Leiterplatte vollständig zu reinigen und Verunreinigungen zu vermeiden.

Schritt 2: Nickelabscheidung

Beim stromlosen Plattierungsverfahren wird eine 3 bis 6 μm dicke Nickelschicht auf die Pads und freiliegenden Leiterbahnen aufgebracht, um zu verhindern, dass Gold in das Kupfer diffundiert.

Schritt 3: Erste Spülung

Spülen Sie die Leiterplatte, um die Nickellösung zu entfernen.

Schritt 4: Goldabscheidung

Die Leiterplatte wird in eine Goldlösung getaucht, wodurch eine dünne Goldschicht mit einer Dicke von 0,05 bis 0,1 μm auf der Nickeloberfläche abgeschieden wird.

Schritt 5: Abschließendes Spülen und Trocknen

Spülen Sie abschließend die überschüssige Goldlösung von der Leiterplatte ab. Reinigen und trocknen Sie sie anschließend.

2. Unterschiede in der Oberflächenebenheit zwischen ENIG vs HASL

HASL erzeugt in der Regel eine dicke und unebene Oberfläche, was seine Verwendung für Fine-Pitch-Bauteile (< 0,5 mm) einschränkt. Die Oberflächenabweichung beträgt 10–20 µm. ENIG kann eine sehr ebene Oberfläche bieten, was für PCB-Designs mit hoher Dichte entscheidend ist. Die Oberflächenabweichungen betragen in der Regel weniger als 0,1 µm.

3. Kostenunterschied

HASL ist eine kostengünstige Leiterplattenoberfläche und wird häufig für zahlreiche Anwendungen gewählt. ENIG kann teurer sein, da diese Technik komplexer ist und Goldmaterial verwendet werden muss. Es wird jedoch für Designs bevorzugt, die eine überragende Leistung und langfristige Haltbarkeit erfordern.

4. Vergleich der Zuverlässigkeit von ENIG und HASL

ENIG besteht aus einer dünnen Nickelschicht, die mit einer Immersionsgoldschicht überzogen ist, die härter, korrosionsbeständiger und verschleißfester ist. Die Nickelschicht verhindert als Barriere, dass das Gold in das Kupfersubstrat eindringt. Dadurch kann eine starke Haftung über lange Zeit aufrechterhalten werden, wodurch Lötprobleme vermieden werden. Darüber hinaus verfügt die Goldschicht über eine ausgezeichnete Lötbarkeit und Leitfähigkeit, was für HF-Anwendungen und feinrasterige Bauteile entscheidend ist.

Im Gegensatz dazu ist HASL mit Zinn-Blei-Beschichtung weicher. Es ist anfälliger für Whiskerbildung, was zu Kurzschlüssen und anderen Problemen führen kann.

5. Vergleich der Lebensdauer von HASL vs ENIG

ENIG hat einen längeren Lebenszyklus und ist daher die erste Wahl für Anwendungen in der Medizin, Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie. Es hat eine Haltbarkeit von 12 bis 18 Monaten. HASL hat eine relativ kürzere Lebensdauer und kann für allgemeine oder kostensensible Anwendungen gewählt werden. Seine Haltbarkeit liegt in der Regel zwischen 6 und 12 Monaten.

6. Lötbarkeit und Korrosionsbeständigkeit

ENIG bietet eine glatte und glänzende Goldschicht, die eine ausgezeichnete Lötbarkeit aufweist. Die Goldschicht bietet außerdem zusätzlichen Schutz vor Oxidation und gewährleistet einen langfristigen Betrieb. Nickel schützt vor Schäden durch Chemikalien und sorgt so für eine längere Lebensdauer.

HASL kann ebenfalls eine gute Lötbarkeit aufweisen, dies reicht jedoch für kleine oder feinrasterige Bauteile nicht aus. Seine raue Oberfläche ist für THT-Bauteile ausreichend. Im Gegensatz zu ENIG weist es eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. HASL-Oberflächen können oxidieren oder anlaufen, insbesondere in feuchten und rauen Umgebungen.

7. HASL vs ENIG haben unterschiedliche Varianten

HASL-Varianten  

• Bleihaltiges HASL – Häufig verwendete Lötlegierungen, die Zinn (63 %) und Blei (37 %) enthalten.
• Bleifreies HASL – Verwendet bleifreie Lötlegierungen, in der Regel Zinn mit geringen Mengen an Kupfer oder Silber, um Blei zu ersetzen.

ENIG-Varianten  

• ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) – Zwischen Gold und Nickel wird eine dünne Palladiumschicht aufgebracht, um die Korrosion des Nickels zu verhindern.
• Hartgold-ENIG – Auf das Nickel wird eine dicke Goldschicht aufgebracht. Die Härte von Hartgold-ENIG liegt zwischen 130 und 200 HK25.
• Weiches Gold ENIG – Verwendet eine dünnere und weichere Goldschicht mit einer Härte von etwa 20–90 HK25.

8. ENIG vs HASL: Umweltaspekte

Heutzutage wird der Umweltbelastung durch die Leiterplattenherstellung zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt. Das traditionelle HASL enthält Blei in der Zinn-Blei-Beschichtung, was eine höhere Umweltbelastung mit sich bringt. Dies macht HASL weniger nachhaltig, insbesondere für Anwendungen mit strengen Umweltanforderungen.

Bleifreies HASL und ENIG entsprechen jedoch der RoHS-Richtlinie und verwenden kein schädliches Blei. Daher gilt ENIG allgemein als umweltfreundlichere Option, da bei der Herstellung und Entsorgung weniger gefährliche Nebenprodukte anfallen.

HASL vs ENIG: Schnellvergleichstabelle

HASL und ENIG: Was sind die Vor- und Nachteile?

Nachdem Sie nun die 8 wichtigsten Unterschiede zwischen HASL vs ENIG kennengelernt haben, sollten Sie ein tieferes Verständnis für die beiden Optionen haben. Als Nächstes sehen wir uns die folgenden Vor- und Nachteile an, damit Sie entscheiden können, welche Oberflächenbeschaffenheit am besten zu Ihren PCB-Anforderungen passt.

Vorteile von Hot Air Solder Leveling

• Budgetfreundliche Option: Es handelt sich um eine der kostengünstigsten Oberflächenbehandlungen, die sich für die Massenproduktion oder budgetkritische Projekte eignet.
• Einfache Nachbearbeitung: Heißluft-Lötnivellierungsbeschichtungen bestehen hauptsächlich aus Lot, wodurch sie sich besonders gut für Nachbearbeitungen eignen.
• Vielseitigkeit beim Löten: HASL ist mit verschiedenen Lötverfahren kompatibel, wie z. B. Reflow-Löten, Wellenlöten, Handlöten usw.

Nachteile des Heißluft-Lötniveaus

• Unebene Oberfläche: Die HASL-Beschichtung ist relativ dick und uneben, was das Löten von SMT-Bauteilen mit feinem Raster oder hochdichten Leiterplatten erschweren kann.
• Umweltbedenken: Bleihaltiges HASL entspricht nicht der RoHS-Norm, während bleifreie Alternativen teurer sind.
• Anfällig für Oxidation: Mit der Zeit kann die Zinn-Blei-Oberfläche anfällig für Oxidation werden. Daher kann dies die Lötbarkeit stark beeinträchtigen, wenn die Leiterplatten über einen längeren Zeitraum gelagert werden.

Vorteile von chemisch Nickel-Immersionsgold

• Oberflächenebenheit: ENIG hat eine hervorragende Oberflächenebenheit. Die dünne Goldschicht bietet eine ultraflache Oberfläche für eine zuverlässige Verbindung, was für BGA-Gehäuse oder Fine-Pitch-Komponenten von entscheidender Bedeutung ist.
• Hervorragende Lötbarkeit: Die Goldschicht ist sehr gut lötbar, wodurch starke und zuverlässige Lötstellen entstehen können. Mit einer gleichmäßigen Oberfläche und einer gleichmäßigen Dicke ist es einfacher, eine robuste Verbindung herzustellen.
• Korrosionsbeständigkeit: Die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Leiterplatte wird durch die oberste Goldschicht von ENIG erhöht, die das darunter liegende Kupfer und Nickel vor Oxidation und Korrosion schützt.

Nachteile von chemisch Nickel-Immersionsgold

• Höhere Kosten: Aufgrund der teuren Materialien (Gold und Nickel) und des komplexen Verfahrens ist es offensichtlich, dass diese Beschichtung mehr kostet als HASL.

• Black Pad-Defekt: Dieser tritt auf, wenn die Nickelschicht nicht ordnungsgemäß plattiert ist oder korrodiert, was zu schlechten Lötstellen oder anderen Problemen führt. Die betroffene Nickeloberfläche kann schwarz erscheinen. Deshalb wird dieses Phänomen als Black Pad bezeichnet.
• Schwierige Nachbearbeitung: Die harte Nickelschicht unter dem Gold neigt dazu, bei hohen Temperaturen zu korrodieren. Daher ist es schwierig, die Temperatur während der Reparatur zu kontrollieren, was die Nachbearbeitung im Vergleich zu HASL langsamer und kostspieliger macht.

HASL vs ENIG: Wie man die richtige Leiterplattenoberfläche auswählt

Bei der Wahl zwischen HASL vs ENIG sollten Sie einige wichtige Faktoren berücksichtigen, um Kosten, Leistung, Fertigung usw. gegeneinander abzuwägen. Um Ihnen zu helfen, die beste Entscheidung zu treffen, zeigt die folgende Tabelle die Szenarien, in denen die jeweilige Beschichtung am besten abschneidet.

Wichtige Erkenntnisse:

• Für kostengünstige Projekte mit hohen Stückzahlen, bei denen eine schnelle Durchlaufzeit unerlässlich ist, ist HASL die perfekte Wahl.
• ENIG bietet überragende Zuverlässigkeit und wird bevorzugt für Anwendungen mit hoher Dichte, hoher Frequenz oder rauen Umgebungsbedingungen eingesetzt.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass HASL vs ENIG zwei häufig verwendete PCB-Oberflächenbehandlungen sind, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen geeignet sind. Bei der Wahl zwischen beiden müssen viele wichtige Faktoren berücksichtigt werden. Als professioneller Hersteller von Leiterplatten und Leiterplattenbaugruppen bieten wir Ihnen Dienstleistungen aus einer Hand, einschließlich verschiedener Optionen für die Oberflächenbehandlung von Leiterplatten. Ob ENIG, HASL oder andere Oberflächenbehandlungen – wir bieten Ihnen eine kompetente Lösung. Kontaktieren Sie uns, um Ihr nächstes Projekt zu starten!