Ang katapusan nga proseso sa sapaw alang sa PCB ang paggama nakaagi sa hinungdanon nga mga pagbag-o sa bag-ohay nga mga tuig. 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.

Ang katapusang taklap gigamit aron mapanalipdan ang nawong sa circuit foil nga tumbaga. Ang Copper (Cu) usa ka maayo nga nawong alang sa mga sangkap sa welding, apan dali nga ma-oxidize; Ang Copper oxide nakababag sa basa nga basa nga solder. Bisan kung ang bulawan (Au) gigamit na karon aron matabunan ang tumbaga, tungod kay ang bulawan dili mag-oxidize; Ang bulawan ug tumbaga dali nga magkatag ug motuhop sa matag usa. Ang bisan unsang gibutyag nga tumbaga dali nga mag-umol sa usa ka dili weldable nga oxide nga tumbaga. Ang usa ka pamaagi mao ang paggamit sa usa ka nickel (Ni) nga “layer sa babag” nga nagpugong sa pagbalhin sa bulawan ug tumbaga ug naghatag usa ka lig-on, conductive nga nawong alang sa sangkap nga asembliya.

Mga kinahanglanon sa PCB alang sa dili electrolytic nickel coating

Ang non-electrolytic nickel coating kinahanglan maghimo daghang mga gimbuhaton:

Ang ibabaw sa usa ka deposito nga bulawan

Ang katapusang katuyoan sa sirkito mao ang paghimo og usa ka koneksyon nga adunay taas nga pisikal nga kusog ug maayong mga elektrikal nga kinaiya taliwala sa PCB ug mga sangkap. Kung adunay bisan unsang oxide o kontaminasyon sa ibabaw sa PCB, kini nga hinugpong nga lutahan dili mahinabo sa karon nga huyang nga pag-agos.

Ang mga bulawan nga deposito natural sa ibabaw sa nickel ug dili mag-oxidize sa dugay nga pagtipig. Bisan pa, ang bulawan dili mapahimutang sa oxidized nickel, busa ang nickel kinahanglan magpabilin nga putli taliwala sa nickel bath ug sa pagkabungkag sa bulawan. 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. Kini nga sulud nga posporus sa dili electrolytic nga nickel coating giisip ingon usa ka mabinantayon nga katimbang sa pagkontrol sa pagkaligo, oksido, ug elektrikal ug pisikal nga mga kinaiya.

katig-a

Ang mga dili electrolytic nickel nga adunay sapaw ibabaw gigamit sa daghang mga aplikasyon nga nanginahanglan kusog sa lawas, sama sa mga automotive transmission bearings. Ang mga kinahanglanon sa PCB labi ka dili kaayo estrikto kaysa sa alang sa mga aplikasyon, apan ang usa ka piho nga katig-a hinungdanon alang sa wire-bonding, mga contact sa touchpad, mga konektor sa edge-connetor, ug pagpadayon sa pagproseso.

Ang pagbugkos sa tingga nanginahanglan usa ka katig-a sa nikel. Ang pagkawala sa pagkagubot mahimo nga mahitabo kung ang tingga deforms sa namutla, nga makatabang sa tingga nga “matunaw” sa substrate. Ang mga imahen nga SEM wala gipakita nga pagsulud sa ibabaw sa patag nga nikel / bulawan o nickel / palladium (Pd) / bulawan.

Mga kinaiyahan sa elektrikal

Ang tumbaga mao ang metal nga gipili alang sa paghimo og circuit tungod kay dali kini himuon. Ang tanso naghimo sa elektrisidad nga labi ka maayo kaysa hapit sa tanan nga metal (lamesa 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

Copper 1.7 (lakip ang Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Non-electrolytic nickel coating 55 ~ 90 µ ω cm

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. Ang pagkawala sa signal sa Microwave PCB mahimong molapas sa mga detalye sa tiglaraw. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Sa daghang mga aplikasyon, ang mga signal sa elektrisidad mahimong ibalik sa paghingalan sa laraw pinaagi sa pagingon sa mga deposito sa nickel nga mas mubu sa 2.5µm.

Pagsukol sa kontak

Ang pagbatok sa pagkontak lahi sa pagkalig-on tungod kay ang nawong sa nikel / bulawan nagpabilin nga wala’y pugong sa tibuuk nga kinabuhi sa katapusan nga produkto. Ang nickel / gold kinahanglan magpabilin nga conductive sa external contact pagkahuman sa dugay nga pagkaladlad sa kinaiyahan. 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, ang temperatura diin kinahanglan mag-operate ang mga unibersal nga konektor, nga kanunay gipiho alang sa aplikasyon sa militar; 200 ° C, kana nga temperatura nahimong labi ka hinungdan sa mga kagamitan sa paglupad. ”

Alang sa mubu nga temperatura, dili kinahanglan ang mga babag sa nickel. Samtang nagkataas ang temperatura, ang kantidad sa nikel nga gikinahanglan aron malikayan ang pagtaas sa pagbalhin sa nikel / bulawan (Talaan II).

Talaan 2. Pakigsulti sa pagbatok sa nickel / bulawan (1000 ka oras)

Ang layer sa Nickel barrier nahimuot nga kontak sa 65 ° C matagbaw nga kontak sa 125 ° C matagbaw nga kontak sa 200 ° C

0.0 µm 100% 40% 0%

0.5 µm 100% 90% 5%

2.0 µm 100% 100% 10%

4.0 µm 100% 100% 60%

Ang nikel nga gigamit sa pagtuon ni Antler nakuryentihan. Gipaabut ang mga pagpaayo gikan sa non-electrolytic nickel, sama sa gipamatud-an sa Baudrand 4. Bisan pa, kini nga mga sangputanan alang sa 0.5 µm nga bulawan, diin ang eroplano sagad nga nag-aghat sa 0.2 µm. Ang eroplano mahimong mahunahuna nga igoigo alang sa mga elemento sa pagkontak nga naglihok sa 125 ° C, apan ang labi ka taas nga temperatura nga mga elemento magkinahanglan og espesyalista nga pagsulay.

“Ang labi ka baga nga nickel, labi ka maayo ang babag, sa tanan nga mga kaso,” gisugyot ni Antler, “apan ang mga katinuud sa paggama sa PCB nagdasig sa mga inhinyero nga magdeposito lamang sa kutob sa nikel nga gikinahanglan. Gigamit na karon ang flat nickel / gold sa mga cellular phone ug pager nga gigamit ang mga touch-pad contact point. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Ang konektor

Gigamit ang dili electrolytic nickel / gold immersion sa paghimo og mga circuit board nga adunay spring fit, press-fit, low-pressure sliding ug uban pa nga mga dili koneksyon nga hinang.

Ang mga konektor sa plug-in nanginahanglan labi ka taas nga kalig-on sa lawas. Sa kini nga mga kaso, ang mga coatings nga dili electrolytic nickel adunay igo nga kusog alang sa mga aplikasyon sa PCB, apan ang dili pagluslo sa bulawan dili. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Kung makuha ang bulawan, ang gibutyag nga nickel dali nga mag-oxidize, nga magresulta sa pagdugang sa resistensya sa kontak.

Ang dili electrolytic nickel coating / gold immersion mahimong dili mao ang labing kaayo nga kapilian alang sa mga plug-in connectors nga molahutay sa daghang pagsal-ot sa tibuuk nga kinabuhi sa produkto. Ang mga nawong sa Nickel / palladium / gold girekomenda alang sa mga multipurpose connectors.

The barrier layer

Ang non-electrolytic nickel adunay function nga tulo nga mga layer sa babag sa plato: 1) aron mapugngan ang pagsabwag sa tumbaga sa bulawan; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Gigikanan sa nickel nga giumol sa Ni3Sn4 intermetallic compound.

Ang pagsabwag sa tumbaga sa nikel

Ang pagbalhin sa tumbaga pinaagi sa nickel moresulta sa pagkadugta sa tumbaga ngadto sa nawong nga bulawan. 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. Busa, ang kinahanglanon nga temperatura sa layer sa babag dili moubus sa usa ka minuto sa ubus sa 250 ° C.

Gitun-an ni Turn ug Owen6 ang epekto sa lainlaing mga layer sa pagbabag sa tumbaga ug bulawan. Ilang nakita nga “… Ang pagtandi sa mga kantidad nga permeability nga tumbaga sa 400 ° C ug 550 ° C nagpakita nga ang hexavalent chromium ug nickel nga adunay 8-10% nga sulud nga posporus ang labing epektibo nga mga layer sa babag nga gitun-an “. (lamesa 3).

Talaan 3. Pagtagos sa tumbaga pinaagi sa nikel sa bulawan

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

0.25 µ m 1 µm 12 µm 18 µm

0.50 µ m 1 µm 6 µm 15 µm

1.00 µ m 1 µm 1 µ M 8 µm

2.00 µm Non-diffusion non-diffusion non-diffusion

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Makaiikag, sa kini nga eksperimento, ang non-electrolytic nickel 2 hangtod 10 ka pilo nga labi ka episyente kaysa electroplated nickel. Nilingi ug gitudlo ni Owen nga “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Gikan sa kini nga grabe nga pagsulay sa temperatura, ang gibag-on sa nickel nga labing menos 2µm usa ka luwas nga detalye.

Pagkalainlain sa nickel sa bulawan

Ang ikaduha nga kinahanglanon nga non-electrolytic nickel mao nga ang nikel dili molalin pinaagi sa “mga lugas” o “pino nga mga lungag” nga gipatubo sa bulawan. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Daghang mga artikulo sa nickel ug bulawan nga gigamit ingon mga tagdala sa ceramic chip. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Ang usa ka kasagarang pagsulay alang sa kini nga mga lugar nga 500 ° C sulod sa 15 minuto.

Aron masusi ang abilidad sa mga patag nga dili electrolytic nickel / gold-impregnated ibabaw aron mapugngan ang nickel oxidation, gitun-an ang pagkalig-on sa mga sulud nga naa sa temperatura. Different heat/humidity and time conditions were tested. Gipakita sa kini nga mga pagtuon nga ang nikel igo nga napanalipdan sa pag-leaching sa bulawan, nga nagtugot sa maayong pagkabutang human sa taas nga pagtigulang.

Ang pagsabwag sa nikel sa bulawan mahimo’g usa ka hinungdan nga hinungdan sa pagtigum sa pipila ka mga kaso, sama sa bulawan nga thermalsonic wire-bonding. Sa kini nga aplikasyon, ang nawong sa nickel / gold dili kaayo abante kaysa sa ibabaw sa nickel / palladium / gold. 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.

Ang nickel nga tin nga intergeneric compound

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).

Talaan 4. Kalainan sa mga materyales sa PCB sa welding

Temperatura sa metal ° C diffusivity (µinches / SEC.)

Bulawan 450 486 117.9 167.5

Copper 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Sa mga sistema nga nickel / gold ug tin / lead, ang bulawan gilayon nga natunaw sa wala’y lata nga lata. 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.Gipakita sa mga pagsukol ni Bader nga dili molabaw sa 0.5µm nga nickel ang gikinahanglan aron mapadayon ang babag, bisan pinaagi sa sobra sa unom ka siklo sa temperatura. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

porous

Ang dili electrolytic nickel / gold karong bag-o nahimong usa ka sagad nga katapusan nga sapaw sa PCB sa ibabaw, busa ang mga pamaagi sa industriya mahimo nga dili angay alang sa kini nga nawong. Adunay usa ka proseso sa alisngaw nga nitric acid alang sa pagsulay sa porosity sa electrolytic nickel / gold nga gigamit ingon usa ka plug-in konektor (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Ang dili electrolytic nickel / impregnation dili makapasar sa kini nga pagsulay. Usa ka sumbanan sa porosity sa Europa ang naugmad gamit ang potassium ferricyanide aron mahibal-an ang kadako nga porosity sa mga patag nga ibabaw, nga gihatag sa mga pores matag square millimeter (mga bug / mm2). Ang usa ka maayo nga patag nga nawong kinahanglan adunay mas gamay sa 10 nga mga lungag matag square millimeter sa 100 x nga pagpadako.

konklusyon

Ang industriya sa paghimo sa PCB interesado nga maminusan ang gidaghanon sa nickel nga gideposito sa pisara tungod sa mga hinungdan sa gasto, oras sa siklo, ug pagkaangay sa materyal. Ang labing gamay nga detalye sa nickel kinahanglan makatabang nga mapugngan ang pagsabwag sa tanso sa bulawan nga nawong, ipadayon ang maayo nga kalig-on sa welding, ug ipadayon ang pagkontra sa kontak. Ang labing kadaghan nga detalye sa nickel kinahanglan magtugot sa pagka-dali sa paghimo sa plato, tungod kay wala’y seryoso nga mga paagi sa pagkapakyas nga adunay kalabotan sa mga baga nga deposito sa nickel.

Alang sa kadaghanan sa mga laraw sa circuit board karon, usa ka dili electrolytic nickel coating nga 2.0µm (80µinches) ang labing gamay nga gibag-on nga gibag-on nga nickel. Sa praktis, usa ka kutub sa gibag-on nga nickel ang gamiton sa daghang produksyon sa PCB (Larawan 2). Ang pagbag-o sa gibag-on sa nickel moresulta gikan sa pagbag-o sa mga kabtangan sa mga kemikal sa kaligoanan ug ang pagbag-o sa oras nga pagpuyo sa awtomatikong makina sa pagbayaw. Aron masiguro ang usa ka minimum nga 2.0µm, ang mga paghingalan nga kinahanglan gikan sa mga end user kinahanglan manginahanglan 3.5µm, usa ka minimum nga 2.0µm, ug usa ka maximum nga 8.0µm.

Ang kini nga gipunting nga gibag-on sa gibag-on sa nikel napamatud-an nga angay alang sa paghimo sa milyon-milyon nga mga circuit board. Natagbo sa han-ay ang kawad-an sa kinabuhi, estante sa kinabuhi ug mga kinahanglanon sa pagkontak sa karon nga elektroniko. Tungod kay ang mga kinahanglanon sa asembliya managlahi sa usa ka produkto ngadto sa lain, ang mga coatings sa ibabaw mahimong kinahanglan nga ma-optimize alang sa matag piho nga aplikasyon.