Reparatur von Goldflächen und Goldkontakten

Gold ist für technische Anwendungen vor allem deshalb interessant, weil es keine Oxidschicht bildet und an der Luft unter normaler Atmosphäre auch in sehr dünnen Lagen überaus korrosionsbeständig ist. Überzüge von 50 bis 100 nm reichen völlig aus, um Kontaktflächen auf Dauer vor Korrosion zu schützen. Leiterplattenhersteller geben üblicherweise mindestens 12 Monate an; in der Praxis werden auch 24 Monate erreicht. Durch die dünnen Schichten bleibt die Kontaktfläche eben und koplanar.  Das Verfahren wird als Enig bezeichnet (Electroless Nickel Immersion Gold). Im Deutschen wird meist von chemisch vergolden gesprochen. Technisch wird auf das Kupfer der Leiterbahn zunächst eine Sperrschicht aus Nickel aufgetragen, sonst würde das Gold in das Kupfer eindiffundieren. Danach wird die 3 bis 6 µm starke Nickelschicht chemisch vergoldet.

Mit definierten, reproduzierbaren Prozessparametern werden die Lotspritzer manuell entfernt. etech-weber

Fertigungsfehler

Leiterplatten kommen in aller Regel mit den fertigen Goldflächen zum Bestücker. Im Lötprozess können Lotpritzer auf die Goldflächen gelangen. Weil diese grundsätzlich gut lötbar sind, bleibt das Lot sofort haften. Solche Lotreste auf vergoldeten Flächen, die zum Bonden oder zum Kontaktieren benötigt werden, sind aber nicht akzeptabel. Schon allein deshalb nicht, weil Zinn sich sofort mit einer stabilen Oxidschicht überzieht.

Mechanische Abnutzung

Dünne Goldüberzüge werden auch verwendet, um Kontaktflächen an Leiterplatten zu schützen, damit die Bauteile jederzeit wieder getrennt werden können (zum Beispiel eine Grafikkarte in einem PC). Solche Kontaktflächen können durch mechanische Reibung mit der Zeit abnutzen oder anderweitig beschädigt werden, sodass die Nickel-Sperrschicht zum Vorschein kommt. Auch solche Kontaktflächen lassen sich reparieren.

Schritt 1: Lotspritzer entfernen

Alle bekannten Verfahren, das Lot wieder zu entfernen, haben bestimmte Nachteile. Beim mechanischen Abkratzen beispielsweise wird die Goldschicht stellenweise mit entfernt. Da die Lötverbindung aber mit dem darunterliegenden Nickel erfolgt, muss dieses in Teilen ebenfalls entfernt werden, was praktisch immer zu Riefen oder anderen Beschädigungen der Nickelschicht führt. Schlimmstenfalls wird die Nickelschicht penetriert. Das Gold diffundiert dann in das Kupfer hinein und kann die Kontaktfläche nicht mehr vor Oxidation schützen. Welches Verfahren auch genau betrachtet wurde, keines war mit IPC-7711C bzw. 7721C kompatibel.

Von allen Kontaktmaterialien in der Elektronik hat Zinn bzw. Lot den niedrigsten Schmelzpunkt. Während also das Lot vollständig aufgeschmolzen ist, sind alle anderen Metalle noch fest. Diese Eigenschaft hat sich Elektrotechnik Weber zu Nutze gemacht und ein thermisches Verfahren entwickelt. Nur die betroffene Kontaktfläche wird selektiv auf der Rework-Station Metcal erwärmt und das Lot vollständig entfernt. Entscheidend sind hier die Prozessparameter, vor allem Temperatur und Zeitverlauf, damit weder die Kontaktfläche an sich, die Leiterplatte noch umliegende Bauteile beschädigt werden. Die Prozessparameter wurden in umfangreichen Versuchsreihen ermittelt und gemeinsam mit einem großen EMS-Anbieter validiert.

Schritt 2: Nachvergolden

Nachdem das Zinn vollständig entfernt ist, wird die Kontaktfläche wieder vergoldet; der bisherige Vorgang hat ja sozusagen ein Loch in der Goldschicht hinterlassen. Dies geschieht durch einen elektrolytischen Prozess, in dem das Gold zum unedlen Metall, also zur Nickel-Sperrschicht wandert und die Fehlstelle damit quasi selbst auffüllt. Die Gold-Schichtdicke bestimmt sich nach der Zeitdauer des elektrolytischen Vorgangs. Diese Zeiten und weitere Prozessparameter wurden ebenfalls in Versuchsreihen ermittelt. Die technische Basis des Nachvergoldens bilden handelsübliche Goldlösungen und entsprechende Galvanisier-Stifte. Nach der Reparatur entsprechen die Baugruppen sowohl in ihren technischen Eigenschaften als auch im Gesamteindruck einer neuwertigen Baugruppe nach IPC A 610 Abschnitt 10.1.

Leiterplatte mit der durch Lotspritzer verunreinigten Goldfläche. etech-weber

Anwendung

Das Verfahren des Rework-Spezialisten kommt vor allem bei bereits bestückten Leiterplatten zum Einsatz und kann diese in den meisten Fällen „retten“. Die IPC-konforme Reparatur von Goldkontakten und Goldflächen ist damit wesentlich kostengünstiger, als beschädigte Baugruppen zu entsorgen und neu zu fertigen.

(pg)