PCB Anforderungen an die nichtelektrolytische Nickelbeschichtung

Die Chemisch-Nickel-Beschichtung soll mehrere Funktionen erfüllen:

Oberfläche der Goldlagerstätte

Das ultimative Ziel der Schaltung ist es, eine Verbindung zwischen der Leiterplatte und den Komponenten mit hoher physikalischer Festigkeit und guten elektrischen Eigenschaften herzustellen. Sollten Oxide oder Verunreinigungen auf der Leiterplattenoberfläche vorhanden sein, wird diese Lötverbindung mit dem heutigen schwachen Flussmittel nicht passieren.

Gold fällt natürlich auf Nickel aus und oxidiert während der Langzeitlagerung nicht. Auf oxidiertem Nickel fällt Gold jedoch nicht aus, daher muss Nickel zwischen dem Nickelbad und der Auflösung des Goldes rein bleiben. Auf diese Weise besteht die erste Anforderung an Nickel darin, lange genug frei von Oxidation zu bleiben, um die Ausfällung von Gold zu ermöglichen. Das Bauteil hat ein chemisches Tauchbad entwickelt, um einen Phosphorgehalt von 6-10% bei der Abscheidung von Nickel zu ermöglichen. Dieser Phosphorgehalt in der stromlosen Nickelbeschichtung wird als sorgfältiges Gleichgewicht zwischen Badsteuerung, Oxid und elektrischen und physikalischen Eigenschaften angesehen.

Härte

Die nicht-elektrolytische Nickelbeschichtungsoberfläche wird in vielen Anwendungen verwendet, die physikalische Festigkeit erfordern, wie z. B. Kraftfahrzeuggetriebelager. PCB-Anforderungen sind weitaus weniger streng als diese Anwendungen, aber für das Drahtbonden

(Wire-Bonding), Touchpad-Kontaktstellen, Steckverbinder (Edge-Connector) und Verarbeitungsbeständigkeit, eine gewisse Härte ist dennoch wichtig. Drahtbonden erfordert eine Nickelhärte. Wenn das Blei die Ablagerung verformt, kann ein Reibungsverlust auftreten, der das „Schmelzen“ des Bleis mit dem Substrat unterstützt. Das REM-Bild zeigt, dass kein Eindringen in die Oberfläche des flachen Nickel/Gold oder Nickel/Palladium (Pd)/Gold erfolgt.

Elektrische Eigenschaften

Aufgrund seiner einfachen Herstellung ist Kupfer das Metall der Wahl für die Schaltungsbildung. Die Leitfähigkeit von Kupfer ist fast allen Metallen überlegen. Gold hat auch eine gute elektrische Leitfähigkeit und ist die perfekte Wahl für das äußerste Metall, da Elektronen dazu neigen, auf der Oberfläche einer Leiterbahn zu fließen („Oberflächenvorteil“).

Kupfer 1.7 µΩcm Gold 2.4 µΩcm Nickel 7.4 µΩcm Chemische Vernickelung 55~90 µΩcm Obwohl die elektrischen Eigenschaften der meisten Produktionsplatinen nicht durch die Nickelschicht beeinflusst werden, kann Nickel die elektrischen Eigenschaften von Hochfrequenzsignalen beeinflussen. Der Signalverlust von Mikrowellen-PCB kann die Spezifikation des Designers überschreiten. Dieses Phänomen ist proportional zur Dicke des Nickels – der Schaltkreis muss das Nickel passieren, um die Lötstellen zu erreichen. Bei vielen Anwendungen kann das elektrische Signal innerhalb der Designspezifikation wiederhergestellt werden, indem angegeben wird, dass die Nickelabscheidung weniger als 2.5 µm beträgt.

Kontakt Widerstand

Der Kontaktwiderstand unterscheidet sich von der Lötbarkeit, da die Nickel/Gold-Oberfläche während der gesamten Lebensdauer des Endprodukts ungelötet bleibt. Nickel/Gold muss nach längerer Umweltexposition die elektrische Leitfähigkeit gegenüber externem Kontakt aufrechterhalten. Antlers Buch von 1970 drückt die Kontaktanforderungen von Nickel/Gold-Oberflächen quantitativ aus. Es werden verschiedene Umgebungen für den Endverbrauch untersucht: 3″ 65 °C, eine normale Höchsttemperatur für elektronische Systeme, die bei Raumtemperatur arbeiten, wie z. B. Computer; 125°C, die Temperatur, bei der allgemeine Steckverbinder funktionieren müssen, oft für militärische Anwendungen spezifiziert; 200 °C wird diese Temperatur für Fluggeräte immer wichtiger.“

Für Umgebungen mit niedrigen Temperaturen ist keine Nickelbarriere erforderlich. Wenn die Temperatur ansteigt, nimmt die Menge an Nickel zu, die erforderlich ist, um eine Nickel/Gold-Übertragung zu verhindern.

Nickel-Sperrschicht Befriedigender Kontakt bei 65°C Befriedigender Kontakt bei 125°C Befriedigender Kontakt bei 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 %