Y broses cotio olaf ar gyfer PCB mae gweithgynhyrchu wedi cael newidiadau sylweddol yn ystod y blynyddoedd diwethaf. 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.

Defnyddir y gorchudd terfynol i amddiffyn wyneb y ffoil copr cylched. Mae copr (Cu) yn arwyneb da ar gyfer cydrannau weldio, ond mae’n hawdd ei ocsidio; Mae ocsid copr yn rhwystro gwlybTIng sodr. Er bod aur (Au) bellach yn cael ei ddefnyddio i orchuddio copr, oherwydd nid yw aur yn ocsideiddio; Bydd aur a chopr yn gwasgaru ac yn treiddio i’w gilydd yn gyflym. Bydd unrhyw gopr agored yn ffurfio ocsid copr na ellir ei weldio yn gyflym. Un dull yw defnyddio “haen rwystr” nicel (Ni) sy’n atal aur a chopr rhag trosglwyddo ac sy’n darparu arwyneb gwydn, dargludol ar gyfer cydosod cydrannau.

Gofynion PCB ar gyfer cotio nicel nad yw’n electrolytig

Dylai’r cotio nicel nad yw’n electrolytig gyflawni sawl swyddogaeth:

Arwyneb blaendal aur

Pwrpas eithaf y gylched yw ffurfio cysylltiad â chryfder corfforol uchel a nodweddion trydanol da rhwng PCB a chydrannau. Os oes unrhyw ocsid neu halogiad ar wyneb PCB, ni fyddai’r cymal wedi’i weldio hwn yn digwydd gyda fflwcs gwan heddiw.

Mae aur yn dyddodi’n naturiol ar ben nicel ac nid yw’n ocsideiddio wrth ei storio’n hir. Fodd bynnag, nid yw’r aur yn setlo ar y nicel ocsidiedig, felly mae’n rhaid i’r nicel aros yn bur rhwng y baddon nicel a diddymiad yr aur. 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. Mae’r cynnwys ffosfforws hwn yn y cotio nicel nad yw’n electrolytig yn cael ei ystyried fel cydbwysedd gofalus o reoli baddon, ocsid, ac eiddo trydanol a ffisegol.

caledwch

Defnyddir arwynebau wedi’u gorchuddio â nicel nad ydynt yn electrolytig mewn llawer o gymwysiadau sy’n gofyn am gryfder corfforol, megis berynnau trosglwyddo modurol. Mae gofynion PCB yn llawer llai llym na’r rhai ar gyfer y cymwysiadau hyn, ond mae caledwch penodol yn bwysig ar gyfer bondio gwifren, cysylltiadau touchpad, cysylltwyr ymyl-connetor, a chynaliadwyedd prosesu.

Mae bondio plwm yn gofyn am galedwch nicel. Gall colli ffrithiant ddigwydd os yw’r plwm yn dadffurfio’r gwaddod, sy’n helpu’r plwm i “doddi” i’r swbstrad. Ni ddangosodd delweddau SEM unrhyw dreiddiad i wyneb nicel / aur gwastad na nicel / palladium (Pd) / aur.

Nodweddion trydanol

Copr yw’r metel o ddewis ar gyfer ffurfio cylched oherwydd ei fod yn hawdd ei wneud. Mae copr yn dargludo trydan yn well na bron pob metel (tabl 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

Copr 1.7 (gan gynnwys Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Gorchudd nicel nad yw’n electrolytig 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. Gall colli signal PCB microdon fod yn fwy na manylebau’r dylunydd. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Mewn llawer o gymwysiadau, gellir adfer signalau trydanol i’r fanyleb ddylunio trwy nodi dyddodion nicel o lai na 2.5µm.

Gwrthiant cyswllt

Mae gwrthiant cyswllt yn wahanol i weldadwyedd oherwydd bod yr arwyneb nicel / aur yn parhau i fod heb ei weld trwy gydol oes y cynnyrch terfynol. Rhaid i nicel / aur aros yn ddargludol i gyswllt allanol ar ôl dod i gysylltiad â’r amgylchedd am gyfnod hir. 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, y tymheredd y mae’n rhaid i gysylltwyr cyffredinol weithredu arno, a bennir yn aml ar gyfer cymwysiadau milwrol; 200 ° C, mae’r tymheredd hwnnw’n dod yn fwy a mwy pwysig ar gyfer offer hedfan. ”

Ar gyfer tymereddau isel, nid oes angen rhwystrau nicel. Wrth i’r tymheredd gynyddu, mae maint y nicel sy’n ofynnol i atal trosglwyddo nicel / aur yn cynyddu (Tabl II).

Tabl 2. Gwrthiant gwrthiant nicel / aur (1000 awr)

Haen rhwystr nicel cyswllt boddhaol ar 65 ° C cyswllt boddhaol ar 125 ° C cyswllt boddhaol ar 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%

Roedd y nicel a ddefnyddiwyd yn astudiaeth Antler yn electroplatiedig. Disgwylir gwelliannau o nicel nad yw’n electrolytig, fel y cadarnhawyd gan Baudrand 4. Fodd bynnag, mae’r canlyniadau hyn ar gyfer aur 0.5 µm, lle mae’r awyren fel arfer yn gwaddodi 0.2 µm. Gellir casglu bod yr awyren yn ddigonol ar gyfer elfennau cyswllt sy’n gweithredu ar 125 ° C, ond bydd angen profion arbenigol ar elfennau tymheredd uwch.

“Po fwyaf trwchus y nicel, y gorau yw’r rhwystr, ym mhob achos,” mae Antler yn awgrymu, “ond mae realiti gweithgynhyrchu PCB yn annog peirianwyr i adneuo cymaint o nicel ag sydd ei angen yn unig. Bellach mae nicel / aur gwastad yn cael ei ddefnyddio mewn ffonau cellog a galwyr sy’n defnyddio pwyntiau cyswllt pad cyffwrdd. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Y cysylltydd

Defnyddir trochi nicel / aur nad yw’n electrolytig wrth weithgynhyrchu byrddau cylched gyda ffit gwanwyn, ffit i’r wasg, llithro pwysedd isel a chysylltwyr eraill heb eu weldio.

Mae cysylltwyr plygio i mewn yn gofyn am wydnwch corfforol hirach. Yn yr achosion hyn, mae haenau nicel nad ydynt yn electrolytig yn ddigon cryf ar gyfer cymwysiadau PCB, ond nid yw trochi aur. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Pan fydd yr aur yn cael ei dynnu, mae’r nicel agored yn ocsideiddio’n gyflym, gan arwain at gynnydd mewn ymwrthedd cyswllt.

Efallai nad cotio nicel / trochi aur nad yw’n electrolytig yw’r dewis gorau ar gyfer cysylltwyr plug-in sy’n dioddef mewnosodiadau lluosog trwy gydol oes y cynnyrch. Argymhellir arwynebau nicel / palladium / aur ar gyfer cysylltwyr amlbwrpas.

The barrier layer

Mae gan nicel nad yw’n electrolytig swyddogaeth tair haen rwystr ar y plât: 1) i atal trylediad copr i aur; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Ffynhonnell nicel a ffurfiwyd gan gyfansoddion rhyngmetallig Ni3Sn4.

Trylediad copr i nicel

Bydd trosglwyddo copr trwy nicel yn arwain at ddadelfennu copr i aur wyneb. 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. Felly, mae gofyniad tymheredd yr haen rwystr lai nag un munud yn is na 250 ° C.

Mae Turn ac Owen6 wedi astudio effaith gwahanol haenau rhwystr ar gopr ac aur. Fe wnaethant ddarganfod bod “… Mae cymhariaeth o werthoedd athreiddedd copr ar 400 ° C a 550 ° C yn dangos mai cromiwm hecsavalent a nicel â chynnwys ffosfforws 8-10% yw’r haenau rhwystr mwyaf effeithiol a astudiwyd “. (tabl 3).

Tabl 3. Treiddiad copr trwy nicel i aur

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

0.25 µm 1 µm 12 µm 18 µm

0.50 µm 1 µm 6 µm 15 µm

1.00 µm 1 µm 1 µ M 8 µm

2.00 µm Di-ymlediad di-ymlediad di-ymlediad

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Yn ddiddorol, yn yr arbrawf hwn, roedd nicel an-electrolytig 2 i 10 gwaith yn fwy effeithlon na nicel electroplatiedig. Mae Turn ac Owen yn tynnu sylw at “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

O’r prawf tymheredd eithafol hwn, mae trwch nicel o 2µm o leiaf yn fanyleb ddiogel.

Trylediad o nicel i aur

Ail ofyniad nicel nad yw’n electrolytig yw nad yw nicel yn mudo trwy “rawn” neu “dyllau mân” wedi’u trwytho ag aur. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Mae yna sawl erthygl ar nicel ac aur a ddefnyddir fel cludwyr sglodion ceramig. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Prawf cyffredin ar gyfer yr arwynebau hyn yw 500 ° C am 15 munud.

Er mwyn gwerthuso gallu arwynebau gwastad nicel / aur heb eu trwytho i atal ocsidiad nicel, astudiwyd weldadwyedd arwynebau oed-tymheredd. Different heat/humidity and time conditions were tested. Mae’r astudiaethau hyn wedi dangos bod nicel wedi’i amddiffyn yn ddigonol gan drwytholchi aur, gan ganiatáu weldio da ar ôl heneiddio’n hir.

Gall trylediad nicel i aur fod yn ffactor sy’n cyfyngu ar ymgynnull mewn rhai achosion, fel bondio gwifren thermalsonig aur. Yn y cais hwn, mae’r wyneb nicel / aur yn llai datblygedig na’r arwyneb nicel / palladium / aur. 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.

Cyfansoddyn rhynggenerig tun nicel

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).

Tabl 4. Diffusrwydd deunyddiau PCB wrth weldio

Tymheredd metel ° C tryledrwydd (µinches / SEC.)

Aur 450 486 117.9 167.5

Copr 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Mewn systemau nicel / aur a thun / plwm, mae’r aur yn hydoddi ar unwaith i dun rhydd. 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.Dangosodd mesuriadau Bader nad oedd angen mwy na 0.5µm o nicel i gynnal y rhwystr, hyd yn oed trwy fwy na chwe chylch tymheredd. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

poenogog

Dim ond yn ddiweddar y mae nicel / aur nad yw’n electrolytig wedi dod yn orchudd wyneb PCB terfynol cyffredin, felly efallai na fydd gweithdrefnau diwydiannol yn addas ar gyfer yr wyneb hwn. Mae proses stêm asid nitrig ar gael ar gyfer profi mandylledd nicel / aur electrolytig a ddefnyddir fel cysylltydd plug-in (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Ni fydd nicel / trwytho nad yw’n electrolytig yn pasio’r prawf hwn. Mae safon mandylledd Ewropeaidd wedi’i datblygu gan ddefnyddio potasiwm ferricyanide i bennu mandylledd cymharol arwynebau gwastad, a roddir o ran pores fesul milimetr sgwâr (chwilod / mm2). Dylai arwyneb gwastad da fod â llai na 10 twll y milimetr sgwâr ar chwyddhad 100 x.

casgliad

Mae gan ddiwydiant gweithgynhyrchu PCB ddiddordeb mewn lleihau faint o nicel a adneuwyd ar y bwrdd am resymau cost, amser beicio, a chydnawsedd deunydd. Dylai’r fanyleb nicel leiaf helpu i atal trylediad copr i’r wyneb aur, cynnal cryfder weldio da, a chadw ymwrthedd cyswllt yn isel. Dylai’r fanyleb nicel uchaf ganiatáu hyblygrwydd wrth weithgynhyrchu platiau, gan nad oes unrhyw ddulliau difrifol o fethiant yn gysylltiedig â dyddodion nicel trwchus.

Ar gyfer y rhan fwyaf o ddyluniadau bwrdd cylched heddiw, gorchudd nicel nad yw’n electrolytig o 2.0µm (80µin) yw’r trwch nicel lleiaf sy’n ofynnol. Yn ymarferol, defnyddir ystod o drwch nicel ar lawer o gynhyrchu o’r PCB (Ffigur 2). Bydd y newid mewn trwch nicel yn deillio o’r newid yn priodweddau’r cemegolion baddon a’r newid yn amser aros y peiriant codi awtomatig. Er mwyn sicrhau lleiafswm o 2.0µm, dylai manylebau defnyddwyr terfynol ofyn am 3.5µm, lleiafswm o 2.0µm, ac uchafswm o 8.0µm.

Mae’r ystod benodol hon o drwch nicel wedi bod yn addas ar gyfer cynhyrchu miliynau o fyrddau cylched. Mae’r ystod yn cwrdd â gofynion weldadwyedd, oes silff a chysylltiadau electroneg heddiw. Oherwydd bod gofynion cydosod yn wahanol i un cynnyrch i’r llall, efallai y bydd angen optimeiddio haenau wyneb ar gyfer pob cais penodol.