Канчатковы працэс пакрыцця для Друкаваная плата вытворчасць зведала значныя змены за апошнія гады. These changes are the result of the constant need to overcome the limitations of HASL(Hot air cohesion) and the growing number of HASL alternatives.

Канчатковае пакрыццё выкарыстоўваецца для абароны паверхні ланцуга з меднай фальгі. Медзь (Cu) з’яўляецца добрай паверхняй для зваркі кампанентаў, але лёгка акісляецца; Аксід медзі перашкаджае вільготнасці прыпоя. Хоць золата (Au) цяпер выкарыстоўваецца для пакрыцця медзі, таму што золата не акісляецца; Золата і медзь хутка дыфундуюць і пранікаюць адзін у аднаго. Любая адкрытая медзь хутка ўтварае несваральны аксід медзі. Адным з падыходаў з’яўляецца выкарыстанне нікелевага (Ni) «бар’ернага пласта», які прадухіляе перанос золата і медзі і забяспечвае трывалую праводзіць паверхню для зборкі кампанентаў.

Патрабаванні да друкаваных поплаткаў для нікелевага пакрыцця без электралізу

Неэлектролітіческое нікелевае пакрыццё павінна выконваць некалькі функцый:

Паверхня радовішча золата

Канчатковай мэтай ланцуга з’яўляецца стварэнне сувязі з высокай фізічнай трываласцю і добрымі электрычнымі характарыстыкамі паміж друкаванай платай і кампанентамі. Калі на паверхні друкаванай платы ёсць аксід або забруджванне, гэта зварное злучэнне не адбылося б пры сённяшнім слабым патоку.

Золата адкладаецца натуральна па -над нікеля і не акісляецца пры працяглым захоўванні. Аднак золата не асядае на акісленым нікелі, таму нікель павінен заставацца чыстым паміж нікелевай ваннай і растварэннем золата. Thus, the first requirement of nickel is to remain oxygen-free long enough to allow gold to precipitate. Components developed chemical leaching baths to allow 6~10% phosphorus content in nickel precipitation. Гэта ўтрыманне фосфару ў неэлектролітическом нікелевым пакрыцці разглядаецца як старанны баланс ванны, аксіду, а таксама электрычных і фізічных уласцівасцяў.

цвёрдасць

Паверхні з нікелевым пакрыццём з нікелевым пакрыццём выкарыстоўваюцца ў многіх сферах прымянення, якія патрабуюць фізічнай трываласці, напрыклад у падшыпніках аўтамабільнай перадачы. Патрабаванні да друкаванай платы значна менш жорсткія, чым патрабаванні для гэтых прыкладанняў, але пэўная цвёрдасць важная для злучэння правадоў, кантактаў сэнсарнай панэлі, раздымаў кантавых раздымаў і ўстойлівасці апрацоўкі.

Свінец патрабуе цвёрдасці нікеля. Страта трэння можа адбыцца, калі свінец дэфармуе асадак, што дапамагае свінцу «расплавіцца» у субстрат. Выявы SEM не паказалі пранікнення на паверхню плоскіх нікель/золата або нікель/паладый (Pd)/золата.

Электрычныя характарыстыкі

Медзь з’яўляецца металам выбару для фарміравання ланцугоў, таму што яе лёгка зрабіць. Медзь праводзіць электрычнасць лепш, чым амаль кожны метал (табліца 1) 1,2. Gold also has good electrical conductivity, making it a perfect choice for the outermost metal because electrons tend to flow on the surface of a conductive route (the “surface” benefit).

Table 1. Resistivity of PCB metal

Медзь 1.7 (у тым ліку Ω см

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Неэлектролітіческое нікелевае пакрыццё 55 ~ 90 µ ω см

Although the electrical characteristics of most production plates are not affected by the nickel layer, nickel can affect the electrical characteristics of high frequency signals. Страта сігналу мікрахвалевай друкаванай платы можа перавышаць дызайнерскія характарыстыкі. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. У многіх прыкладаннях электрычныя сігналы могуць быць адноўлены ў адпаведнасці з праектнай спецыфікацыяй, задаючы нікелевыя залежы менш за 2.5 мкм.

Супраціў кантакту

Кантактнае супраціў адрозніваецца ад зварачнага, таму што паверхня нікель/золата застаецца незаваренной на працягу ўсяго тэрміну службы канчатковага прадукту. Нікель/золата пасля працяглага ўздзеяння навакольнага асяроддзя павінны заставацца праводзячымі да вонкавага кантакту. Antler’s 1970 book expressed nickel/gold surface contact requirements in quantitative terms. Various end-use environments have been studied: 3 “65°C, a normal maximum temperature for electronic systems operating at room temperature, such as computers; 125 ° C, тэмпература, пры якой павінны працаваць універсальныя раздымы, часта вызначаная для ваеннага прымянення; 200 ° C, гэтая тэмпература становіцца ўсё больш важнай для лётнага абсталявання “.

Для нізкіх тэмператур нікелевыя бар’еры не патрабуюцца. З павышэннем тэмпературы павялічваецца колькасць нікеля, неабходнае для прадухілення пераносу нікеля/золата (табліца II).

Табліца 2. Кантактнае супраціўленне нікеля/золата (1000 гадзін)

Нікелевы бар’ерны пласт здавальняючы кантакт пры 65 ° C здавальняючы кантакт пры 125 ° C здавальняючы кантакт пры 200 ° C

0.0 мкм 100% 40% 0%

0.5 мкм 100% 90% 5%

2.0 мкм 100% 100% 10%

4.0 мкм 100% 100% 60%

Нікель, які выкарыстоўваўся ў даследаванні Антлера, быў гальванічны. Чакаецца паляпшэнне стану неэлектралітычнага нікеля, што пацверджана Бодрандам 4. Аднак гэтыя вынікі для золата 0.5 мкм, дзе плоскасць звычайна выпадае ў выглядзе 0.2 мкм. Можна выказаць здагадку, што плоскасці дастаткова для кантактных элементаў, якія працуюць пры 125 ° C, але элементы з больш высокімі тэмпературамі патрабуюць спецыяльных выпрабаванняў.

“Чым тоўшчы нікель, тым лепш бар’ер ва ўсіх выпадках, – мяркуе Антлер, – але рэаліі вытворчасці друкаваных поплаткаў заахвочваюць інжынераў уносіць толькі столькі нікеля, колькі неабходна. Плоскі нікель/золата цяпер выкарыстоўваецца ў сотавых тэлефонах і пэйджарах, якія выкарыстоўваюць кропкі кантакту з сэнсарнай панэллю. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Раз’ём

Неэлектролітіческіе апусканне з нікеля/золата выкарыстоўваецца пры вытворчасці друкаваных плат з спружыннай, прэс-фітынгам, слізгальнымі раздымамі нізкага ціску і іншымі незваренными раздымамі.

Устаўныя раздымы патрабуюць даўжэйшай фізічнай трываласці. У гэтых выпадках неэлектралітычныя нікелевыя пакрыцці досыць трывалыя для друкаваных поплаткаў, але апусканне ў золата-не. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Пры выдаленні золата нікель, які знаходзіцца пад уздзеяннем, хутка акісляецца, што прыводзіць да павелічэння кантактнага супраціву.

Неэлектролітіческое нікелевае пакрыццё/апусканне ў золата можа быць не лепшым выбарам для устаўных раздымаў, якія вытрымліваюць некалькі укладанняў на працягу ўсяго тэрміну службы прадукту. Нікель/паладый/золата рэкамендуецца выкарыстоўваць для шматфункцыянальных раздымаў.

The barrier layer

Non-electrolytic nickel has the function of three barrier layers on the plate: 1) to prevent the diffusion of copper to gold; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Крыніца нікеля, утворанага інтэрметалічнымі злучэннямі Ni3Sn4.

Дыфузія медзі ў нікель

Перанос медзі праз нікель прывядзе да раскладання медзі на паверхню золата. The copper will oxidize quickly, resulting in poor weldability during assembly, which occurs in the case of nickel leakage. Nickel is needed to prevent migration and diffusion of empty plates during storage and during assembly when other areas of the plate have been welded. Такім чынам, патрабаванне да тэмпературы бар’ернага пласта складае менш за адну хвіліну ніжэй за 250 ° C.

Тэрн і Оўэн6 вывучалі ўплыў розных бар’ерных слаёў на медзь і золата. Яны выявілі, што «… Параўнанне значэнняў пранікальнасці медзі пры 400 ° C і 550 ° C паказвае, што шасцівалентны хром і нікель з утрыманнем 8-10% фосфару з’яўляюцца найбольш эфектыўнымі вывучаемымі бар’ернымі пластамі ». (табліца 3).

Табліца 3. Пранікненне медзі праз нікель у золата

Nickel thickness 400°C 24 hours 400°C 53 hours 550°C 12 hours

0.25 мкм 1 мкм 12 мкм 18 мкм

0.50 мкм 1 мкм 6 мкм 15 мкм

1.00 мкм 1 мкм 1 мкм 8 мкм

2.00 мкм Недыфузійная недыфузійная недыфузійная

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Цікава, што ў гэтым эксперыменце неэлектралітычны нікель быў у 2-10 разоў больш эфектыўным, чым гальванічны нікель. Тэрн і Оўэн адзначаюць, што «… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Згодна з гэтым экстрэмальным тэмпературным выпрабаваннем, таўшчыня нікеля не менш за 2 мкм з’яўляецца бяспечнай спецыфікацыяй.

Дыфузія нікеля ў золата

Другое патрабаванне да неэлектралітычнага нікелю заключаецца ў тым, каб нікель не міграваў праз «збожжа» або «дробныя адтуліны», прасякнутыя золатам. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Ёсць некалькі артыкулаў аб нікелі і золаце, якія выкарыстоўваюцца ў якасці носьбітаў керамічнай стружкі. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Звычайны тэст для гэтых паверхняў – 500 ° C на працягу 15 хвілін.

Для таго, каб ацаніць здольнасць плоскіх паверхняў, прасякнутых нікелем/золатам, прадухіліць акісленне нікеля, была вывучана зварлівасць паверхняў, вытрыманых пры тэмпературы. Different heat/humidity and time conditions were tested. Гэтыя даследаванні паказалі, што нікель адэкватна абаронены вылугаваннем золата, што дазваляе добра зварвацца пасля доўгага старэння.

Дыфузія нікеля ў золата можа быць абмежавальным фактарам для зборкі ў некаторых выпадках, напрыклад, злучэнне провадам з золата. У гэтым дадатку паверхня нікель/золата менш прасунутая, чым паверхня нікель/паладый/золата. Iacovangelo investigated the diffusion properties of palladium as a barrier layer between nickel and gold and found that 0.5µm palladium prevents migration even at extreme temperatures. This study also demonstrated that there was no diffusion of copper through 2.5µm of nickel/palladium determined by Auger spectroscopy during 15 minutes at 500°C.

Міжгенеральнае злучэнне нікелевага волава

During surface mount or wave soldering operation, atoms from the PCB surface will be mixed with solder atoms, depending on the diffusion properties of the metal and the ability to form “intermetallic compounds” (Table 4).

Табліца 4. Дыфузнасць друкаваных поплаткаў пры зварцы

Тэмпература металу ° C дыфузнасць (мкд/ с.)

Золата 450 486 117.9 167.5

Медзь 450 525 4.1 7.0

Паладый 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

У сістэмах нікель/золата і волава/свінец золата адразу раствараецца ў рассыпістую волава. The solder forms a strong attachment to the underlying nickel by forming Ni3Sn4 intermetallic compounds. Enough nickel should be deposited to ensure that the solder will not reach underneath the copper.Вымярэнні Бадэра паказалі, што для падтрымання бар’ера патрабуецца не больш за 0.5 мкм нікеля нават праз больш за шэсць тэмпературных цыклаў. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

кіпры

Неэлектралітычны нікель/золата толькі нядаўна стаў звычайным канчатковым пакрыццём для друкаваных поплаткаў, таму прамысловыя працэдуры могуць не падыходзіць для гэтай паверхні. Даступны паравы працэс з азотнай кіслатой для праверкі сітаватасці электралітычнага нікеля/золата, які выкарыстоўваецца ў якасці ўстаўнага раздыма (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Неэлектралітычны нікель/насычэнне не пройдзе гэта выпрабаванне. Для вызначэння адноснай сітаватасці плоскіх паверхняў быў распрацаваны еўрапейскі стандарт сітаватасці для вызначэння адноснай сітаватасці плоскіх паверхняў, якая даецца ў разліку на пары на квадратны міліметр (памылкі /мм2). Добрая плоская паверхня павінна мець менш за 10 адтулін на квадратны міліметр пры 100 -кратным павелічэнні.

заключэнне

Прамысловасць друкаваных поплаткаў зацікаўлена ў зніжэнні колькасці нікеля, адкладзенага на дошцы, па прычынах кошту, часу цыкла і сумяшчальнасці матэрыялаў. Мінімальныя спецыфікацыі нікеля павінны дапамагчы прадухіліць дыфузію медзі на паверхню золата, захаваць добрую трываласць зваркі і захаваць нізкае супраціўленне кантакту. Максімальная спецыфікацыя нікеля павінна дазваляць гнуткасць у вытворчасці пліт, паколькі сур’ёзныя спосабы паломкі не звязаны з тоўстымі адкладамі нікеля.

Для большасці сучасных канструкцый друкаваных плат неэлектралітычнае нікелевае пакрыццё 2.0 мкм (80 мкдюймаў) з’яўляецца мінімальнай неабходнай таўшчынёй нікеля. На практыцы на вытворчай партыі друкаванай платы будзе выкарыстоўвацца шэраг таўшчынь нікелю (малюнак 2). Змена таўшчыні нікеля стане вынікам змены ўласцівасцяў хімічных рэчываў для ванны і змены часу знаходжання ў аўтаматычнай пад’ёмнай машыне. Каб забяспечыць мінімум 2.0 мкм, спецыфікацыі канчатковых карыстальнікаў павінны патрабаваць 3.5 мкм, мінімум 2.0 мкм і максімум 8.0 мкм.

Гэты вызначаны дыяпазон таўшчыні нікеля апынуўся прыдатным для вытворчасці мільёнаў друкаваных плат. Асартымент адпавядае патрабаванням зваркі, тэрміну захоўвання і кантактных патрабаванняў сучаснай электронікі. Паколькі патрабаванні да зборкі адрозніваюцца ад прадукту да іншага, пакрыццё паверхні, магчыма, прыйдзецца аптымізаваць для кожнага канкрэтнага прымянення.