Eine gold leiterplatten ist eine Leiterplatte (PCB), auf deren Kupferfolie mittels Galvanisierung eine Nickel-Gold-Schicht aufgebracht wird. Das Hauptziel besteht darin, die Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit der Leiterplatte zu verbessern und gleichzeitig die Übertragungsleistung bei Hochfrequenzsignalen zu optimieren.
Prinzip des Vergoldungsverfahrens
Beim Vergoldungsverfahren wird durch Elektrolyse eine Goldschicht auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht. In der Elektrolysezelle dient die Leiterplatte als Kathode und das Gold als Anode. In einer goldionenhaltigen Elektrolytlösung (z. B. Kaliumcyanid-Gold-Lösung) nehmen die Goldionen an der Kathode Elektronen auf, werden zu Goldatomen reduziert und lagern sich auf der Oberfläche der Leiterplatte ab. Die Reaktionsgleichung lautet: Au³⁺ + 3e⁻ → Au.
Die Galvanisierung von Gold lässt sich in Hartgold und Weichgold unterteilen. Da es sich bei der Hartgoldbeschichtung eigentlich um eine Legierungsbeschichtung handelt (d. h. eine Beschichtung aus Au und anderen Metallen), ist sie relativ hart und eignet sich für Bereiche, die Belastungen und Reibung ausgesetzt sind. In der Elektronikindustrie wird sie im Allgemeinen als Kontaktstelle an den Kanten von Leiterplatten verwendet (umgangssprachlich als „Goldfinger“ bezeichnet).
Weichgold wird hingegen in der Regel für die Anbringung von Aluminiumdrähten auf COB-Baugruppen (Chip On Board) oder für die Kontaktflächen von Mobiltelefontasten verwendet. In jüngster Zeit findet es auch in großem Umfang auf der Vorder- und Rückseite von BGA-Trägerplatten Anwendung.
Der Zweck der Galvanisierung besteht im Grunde darin, „Gold“ auf die Kupferoberfläche der Leiterplatte aufzubringen. Da jedoch bei direktem Kontakt zwischen „Gold“ und „Kupfer“ eine physikalische Reaktion in Form von Elektronenwanderung und -diffusion auftritt (aufgrund des Potentialunterschieds), muss zunächst eine Schicht „Nickel“ als Barriere aufgebracht werden, bevor das Gold auf das Nickel galvanisiert wird. Daher sollte das, was wir gemeinhin als „Goldgalvanisierung“ bezeichnen, eigentlich „Nickel-Gold-Beschichtung“.
Hartgold und Weichgold
Der Unterschied zwischen Hartgold und Weichgold liegt in der Zusammensetzung der zuletzt aufgebrachten Goldschicht. Beim Vergolden kann man zwischen reinem Gold und einer Legierung wählen. Da reines Gold eine geringere Härte aufweist, wird es als „Weichgold“ bezeichnet. Da Gold mit Aluminium eine gute Legierung bildet, werden bei der COB-Verarbeitung beim Aufbringen der Aluminiumdrähte besondere Anforderungen an die Dicke dieser reinen Goldschicht gestellt.
Wählt man hingegen eine Gold-Nickel-Legierung oder eine Gold-Kobalt-Legierung, wird diese als „Hartgold“. Galvanisierungsverfahren für Weichgold und Hartgold: Weichgold: Beizen → Nickelbeschichtung → Beschichtung mit reinem Gold Hartgold: Beizen → Nickelbeschichtung → Vorbeschichtung mit Gold (Flash-Gold) → Beschichtung mit einer Gold-Nickel- oder Gold-Kobalt-Legierung
Chemisches Gold
Der Begriff „chemisches Vergolden“ wird meist für die Oberflächenbehandlungsmethode ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold, chemisches Nickel-Immersionsvergolden) verwendet. Der Vorteil besteht darin, dass „Nickel“ und „Gold“ ohne den aufwendigen Galvanisierungsprozess auf die Kupferoberfläche aufgebracht werden können und die Oberfläche zudem glatter ist als bei der Galvanisierung. Dies ist besonders wichtig für immer kleiner werdende elektronische Bauteile und Komponenten, die eine hohe Oberflächenebenheit erfordern (Fine Pitch).
Da bei ENIG die Goldschicht durch chemische Verdrängung erzeugt wird, kann die maximale Dicke der Goldschicht grundsätzlich nicht die Dicke einer galvanischen Vergoldung erreichen, und der Goldgehalt nimmt zur Unterseite hin ab. Da es sich um ein Verdrängungsverfahren handelt, besteht die ENIG-Goldschicht aus „reinem Gold“ und wird daher oft als eine Art „Weichgold“ klassifiziert.
Manchmal wird sie auch als Oberflächenbehandlung für COB-Aluminiumdrähte verwendet, wobei jedoch streng darauf geachtet werden muss, dass die Goldschichtdicke mindestens 3 bis 5 Mikrozoll (μ„) beträgt. Im Allgemeinen ist es jedoch schwierig, eine chemische Goldschichtdicke von mehr als 5 μ“ zu erreichen, Eine zu dünne Goldschicht beeinträchtigt die Haftfestigkeit der Aluminiumdrähte; bei der herkömmlichen Galvanisierung hingegen lassen sich problemlos Schichten von mehr als 15 Mikrozoll (μ“) erreichen, wobei der Preis jedoch mit der Dicke der Goldschicht steigt.
Flash-Gold
Der Begriff „Flash-Gold“ leitet sich vom englischen Wort „Flash“ ab und bedeutet „schnelle Vergoldung“. Tatsächlich handelt es sich dabei um ein „Vorvergoldungsverfahren“ bei der Hartgoldbeschichtung. Wie in der vorherigen „Prozessbeschreibung für die Nickel-Gold-Beschichtung“ erwähnt, werden dabei ein höherer Strom und ein Bad mit höherer Goldkonzentration verwendet, um zunächst auf der Nickeloberfläche eine feinkörnige, aber dünne Goldschicht zu bilden, die die anschließende Beschichtung mit Gold-Nickel- oder Gold-Kobalt-Legierungen erleichtert.
Manche haben erkannt, dass sich auf diese Weise ebenfalls gold leiterplattenn herstellen lassen, und zwar kostengünstiger und in kürzerer Zeit. Daher bieten einige solche „Flash Gold Leiterplatten“ auf den Markt. Da bei „Flash-Gold“ der nachfolgende Gold beschichtungs prozess entfällt, sind die Kosten deutlich geringer als bei echter Goldbeschichtung. Da die Goldschicht jedoch sehr dünn ist, kann sie in der Regel nicht die gesamte darunterliegende Nickelschicht effektiv bedecken. Dies führt relativ leicht zu Oxidationsproblemen bei längerer Lagerung der Leiterplatte, was wiederum die Lötbarkeit beeinträchtigt.
Anwendungsbereiche für gold leiterplatten
1.Unterhaltungselektronik: „Leistungsgarantie“ für Mobiltelefone und Computer
Anschlüsse auf der Hauptplatine von Mobiltelefonen (z. B. Ladeanschluss, SIM-Kartensteckplatz): Hier kommt das Hartvergoldungsverfahren zum Einsatz, das verschleißfest und rostbeständig ist. Selbst nach tausenden Steckvorgängen bleibt die Stromversorgung stabil.
Lötstellen des BGA-Gehäuses der Computer-CPU: Hier kommt chemisches Tauchvergolden (kurz ENIG, eine gängige Oberflächenbehandlungstechnik für Leiterplatten) zum Einsatz. Die Oberfläche ist glatt und oxidationsbeständig, was eine präzise Lötverbindung zwischen Chip und Hauptplatine gewährleistet und Störungen oder Bluescreens verhindert.
Sensoranschlüsse von Smartwatches: Eine dünne Goldschicht schützt vor Korrosion durch Schweiß und verlängert die Lebensdauer des Geräts, sodass auch bei sportlicher Betätigung und Schweißbildung keine Funktionsstörungen zu befürchten sind.
2.Automobilelektronik: „Stabilisator“ unter extremen Bedingungen
Batteriemanagementsystem (BMS) für Elektrofahrzeuge: Die Vergoldung hält Temperaturen von -40 °C bis 125 °C stand und widersteht Salznebelkorrosion, wodurch sie perfekt für die rauen Bedingungen im Motorraum geeignet ist.
Radar-Leiterplatten für autonomes Fahren: Gold verfügt über eine hohe Leitfähigkeit, reduziert Signalverluste, sorgt für eine präzisere Radardetektion und verhindert Fehlentscheidungen.
Lötstellen an Schnittstellen von Infotainment-Systemen: Die verschleißfeste Vergoldung hält häufigem Ein- und Ausstecken stand, sodass die Verbindung auch bei Unebenheiten im Fahrzeug nicht beeinträchtigt wird.
3.Medizinische Geräte: Die „unsichtbare Verteidigungslinie“ für die Lebenssicherheit
Steuerplatinen von MRT-Geräten (Magnetresonanztomographen): Die Vergoldung sorgt auch unter starken Magnetfeldern für stabile Signale und gewährleistet so die Genauigkeit der Diagnosedaten.
Anschlussbereiche von implantierbaren Geräten (z. B. Herzschrittmachern): Hier kommt hochreines Weichgold zum Einsatz, das gut mit dem menschlichen Körper verträglich ist, eine dauerhafte Leitfähigkeit gewährleistet und keine Abstoßungsreaktionen hervorruft.
Messkontakte von Blutzuckermessgeräten: Die Vergoldung verhindert Korrosion durch Blut und sorgt bei jeder Messung für eine schnelle Übertragung der bioelektrischen Signale.
4.High-End-Bereiche: „Unverzichtbare Stütze“ für Luft- und Raumfahrt sowie 5G-Kommunikation
Hochfrequenz Leiterplatten für 5G-Basisstationen: Die Vergoldung reduziert den Signalverlust, sorgt für höhere Geschwindigkeiten und eine größere Reichweite und bewältigt selbst Millimeterwellenübertragungen problemlos.
Kommunikationsleiterplatten für Satelliten: Eine 1–5 Mikrometer dicke Vergoldung widersteht Weltraumstrahlung und extremen Temperaturschwankungen und gewährleistet die reibungslose Signalübertragung zurück zur Erde.
Anschlussklemmen für industrielle Sensoren: Die Vergoldung ist staub- und feuchtigkeitsbeständig, sodass auch bei langfristigem Einsatz in Fabrikhallen keine Ungenauigkeiten bei den Daten auftreten.
Vorteile gold Leiterplatten:
Bewältigung von Herausforderungen bei der Lötqualität
Mit zunehmender Integration elektronischer Produkte werden die IC-Pins immer dichter angeordnet, sodass die herkömmliche vertikale Verzinnungstechnik den Herausforderungen beim Löten feiner Lötpads kaum noch gewachsen ist. Die gold Leiterplatten technologie bietet eine bessere Lötbarkeit und Zuverlässigkeit und verringert das Auftreten von Lötfehlern wie Lötbrücken.
Verbesserung der Leitfähigkeit
Gold verfügt über eine gute Leitfähigkeit. Durch die Vergoldung entsteht an den Verbindungsstellen der Leiterplatte eine leitfähige Metallschicht, wodurch die Leitfähigkeit des Schaltkreises deutlich verbessert wird. Dies trägt dazu bei, den Widerstand an den Verbindungsstellen zu verringern, Signalverluste zu reduzieren und die Stabilität sowie Zuverlässigkeit der Signalübertragung zu verbessern.
Schutz vor Oxidation und Korrosion
Die Vergoldung verfügt über eine hervorragende chemische Stabilität und ist widerstandsfähig gegen Oxidation und Korrosion. Dies schützt die Leiterplatte vor schädlichen Einflüssen der äußeren Umgebung wie Feuchtigkeit, Salznebel und chemischen Gasen und verlängert so ihre Lebensdauer.
Verbesserung der Lötbarkeit
Auf Metalloberflächen kann sich während des Lötvorgangs eine Oxidschicht bilden, die die Lötqualität beeinträchtigt. Die Vergoldung verringert die Dicke dieser Oxidschicht und erhöht so die Zuverlässigkeit und Festigkeit der Lötverbindung. Darüber hinaus sorgt die Vergoldung für einen besseren Lötkontakt, reduziert thermische Spannungen während des Lötvorgangs und verringert das Auftreten von Lötfehlern.
Verbesserung der optischen Qualität
Die Vergoldung verleiht der Leiterplatten oberfläche einen metallischen Glanz, verbessert die optische Qualität und die Produktklasse und erhöht die Wettbewerbsfähigkeit des Produkts auf dem Markt.
Erfüllung spezifischer Anforderungen
Mit zunehmender Integration elektronischer Produkte werden die IC-Pins immer dichter angeordnet, sodass die herkömmliche vertikale Verzinnungstechnik den Herausforderungen beim Löten feiner Lötpads kaum noch gewachsen ist. Die gold Leiterplatten technologie bietet eine bessere Lötbarkeit und Zuverlässigkeit und verringert das Auftreten von Lötfehlern wie Lötbrücken.
