FinalClean - ein neuer Prozess für alte ENIG / ENEPIG Leiterplatten

Das Verfahren erlaubt die Behandlung in horizontaler Anlagentechnik. Der Prozess beginnt mit einem ultraschallunterstützten Reinigungsmodul, welches Schwefelsäure und Aurotech FinalClean (spezielle Lösung) enthält. Diese beiden Komponenten sorgen für eine perfekte Reinigung der LP-Oberfläche. Nach diesem Reinigungsschritt werden die LPs mit vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) mit einer sehr niedrigen Leitfähigkeit gespült, getrocknet und in Luftpolsterfolie verpackt. Die Probleme bei der Sudgoldabscheidung ENIG/ENEPIG ist eine direkte, stromlose Nickel-Abscheidung auf Kupfer. Neben der Nickel- Schicht ist eine Gold-Beschichtung auf der Oberfläche erforderlich. Der chemisch Gold Prozess ist ein Austausch-Verfahren von Nickel und Gold. Während des chemischen Verfahrens ersetzt ein Goldatom zwei Nickelatome, welches in manchen Fällen zu einer falschen Positionierung des Goldatoms führt. Abb. 1: schematische Beschreibung des stromlosen Ni/chemisch Au Prozess Nach der Nickel/Gold-Beschichtung werden die LPs gespült und getrocknet. Während weiterer Prozessschritte (Transport, Lagerung) werden die LPs Umwelteinflüssen wie Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt, was zu ihrer künstlichen Alterung führen kann. Durch die Einwirkung von Umwelteinflüssen bildet sich Nickeloxyd auf der LP-Oberfläche.  Abb. 2: schematische Beschreibung der Nickeloxyd-Bildung  Nickeloxid wird durch korrosive Medien aufgelöst, so dass Nickel in ionogener Form an die Oberfläche diffundiert. Auf der Goldoberfläche tritt wieder Nickeloxyd auf. Aurotech FinalClean enthält spezielle Chemikalien, welche die Oberfläche vollständig benetzen. Schwefelsäure und Aurotech FinalClean lösen ultraschallunterstützt das Nickeloxyd von der Gold-Schicht. Abb. 3: schematische Beschreibung der Nickeloxyd-Auflösung Anschließend werden die LPs in einer 4fach VE-Wasser Kaskade gespült. Dies führt zu einem einwandfreien Reinigungsergebnis. Nach dem Spülen werden die LPs horizontal getrocknet. Das Reinigungsverfahren aktiviert die Edelmetall Oberfläche, wodurch sie wieder lötbar wird. Die weiteren Bestückungs- und Lötprozesse können nach dem FinalClean Prozess ohne Probleme erfolgen. Die Lagerzeit sollte so kurz wie möglich gehalten werden um eine erneute Oxidation auf der LP-Oberfläche zu verhindern. Leiterplatten Lötung auf 15 Jahre alten Leiterplatten Vor und nach dem FinalClean Prozess wurden LPs der gleichen Charge (DC 4299) gelötet. Die nachfolgenden Bilder zeigen eine verbesserte Lötung an 15 Jahre alten LPs. Diese wurden bei Raumtemperatur, ohne Verpackung und ohne spezielle klimatische Konditionen gelagert. Die folgenden Bilder wurden bei APL mittels Stereomikroskop und gleicher Vergrößerung erstellt. Abb. 4: vor dem FinalClean / Abb. 5: nach dem FinalClean Alle LPs zeigen ein besseres Lötergebnis. Die Benetzung mit Lot der LPs nach dem FinalClean Prozess ist weitaus besser als die von den nicht gereinigten LPs. Analytische Untersuchung mittels XPS Aus derselben Charge (DC 4299) wurde zusätzlich zur Lötung bei 3 LPs eine Oberflächenanalyse durchgeführt. Dabei wurde zuerst die Schichtdicke des NiP/Au Schichtaufbaus mittels X-Ray XULM (Fischer GmbH) ermittelt, wobei die Schichtdicken im Mittel 3,622 μm Ni sowie 0,128 μm Au. Anschließend wurden die LPs an ein unabhängiges Labor zur XPS-Messung (Röntgen- Photoelektronen-Spektroskopie) gesendet. Nach ihrer Untersuchung wurden diese LPs wieder an APL zurück geschickt um sie mittels FinalClean zu reinigen, zu reaktiveren und einzuschrumpfen. Danach wurden diese LPs für weitere Analysen (an derselben Stelle) erneut an das Labor geschickt. Tabelle 1: Die LP wurden mittels XPS unter folgenden Parametern analysiert / *Die Eindringtiefe des Röntgenstrahls in die Probe beträgt mehr als 1 μm. Die Informationstiefe wird durch die mittlere unelastische freie Weglänge der ausgelösten Photoelektronen limitiert. Wenn man die Informationstiefe als diejenige Tiefe definiert, aus der 90 % des Messsignals stammen, so beträgt die Informationstiefe bei Au etwa 1 - 4 nm. Tabelle 2: Analysenergebnisse der XPS-Messung in Atomprozent Das Ergebnis der Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie zeigt eine deutliche Abnahme der Elemente Ni und O, dies bestätigt wiederum die Funktionsweise des FinalClean Prozesses. Nickeloxid wird durch den FinalClean Prozess von der Oberfläche entfernt, was die verbesserte Lötbarkeit erklärt. Die Analysen-Ergebnisse zeigen auch einen höheren Gehalt an Gold, dieser hohe Gehalt ist durch die fehlende Nickeloxidschicht begründet. Elemente wie N, S, Si sind Spuren der Luftpolsterfolie durch das Einschrumpfen. Zusammenfassung Überlagerte, verunreinigte oder auch nicht lötbare ENIG / ENEPIG Leiterplatten müssen dank diesem Prozess nicht mehr teuer verschrottet oder neubeschichtet werden. Weitere Vorteile sind unter anderem:

• Sehr geringer Stress auf Basismaterial und Lötstopplack.
• Hocheffektives Verfahren.
• Keine Chemie-Abfälle.
• Der Reinigungsprozess enthält keine giftigen und umweltschädlichen Materialien (Cyanid) wie es bei einer Neubeschichtung der Fall wäre.

Dieser neue FinalClean Prozess führt zu einer erheblichen Kostenreduzierung sowie einer Zeitersparnis. ----- Autor: Nadine Schmidt, © APL Oberflächentechnik GmbH. Nadine Schmidt hat in Aalen einen Bachelor of Engineering im Fach Oberflächentechnik und Werkstoffkunde erhalten. Seit dem 01.01.2014 in Lörrach bei der APL Oberflächentechnik GmbH als Technische Projektleiterin angestellt, ist Sie für die Einführung zweier neuer Prozesse verantwortlich. Der FinalClean Prozess der alte, überlagerte Leiterplatten mit ENIG / ENEPIG Oberfläche wieder in einen lötbaren Zustand versetzen kann ist einer dieser Prozesse.