La fina tega procezo por PCB fabrikado spertis gravajn ŝanĝojn en la lastaj jaroj. Ĉi tiuj ŝanĝoj estas la rezulto de la konstanta bezono superi la limojn de HASL (varma aera kohereco) kaj la kreskanta nombro de alternativoj de HASL.

La fina tegaĵo kutimas protekti la surfacon de la cirkvita kupra folio. Kupro (Cu) estas bona surfaco por veldi komponentojn, sed estas facile oksigenita; Kupra oksido malhelpas malsekigadon de lutaĵo. Kvankam oro (Au) estas nun uzata por kovri kupron, ĉar oro ne oksigenas; Oro kaj kupro rapide disvastiĝos kaj trapenetros unu la alian. Ĉiu elmontrita kupro rapide formos neveldeblan kupran oksidon. Unu aliro estas uzi nikelan (Ni) “baran tavolon”, kiu malebligas translokigon de oro kaj kupro kaj provizas fortikan, kondukan surfacon por komponanta asembleo.

PCB-postuloj por neelektrolita nikela tegaĵo

La neelektroliza nikela tegaĵo devas plenumi plurajn funkciojn:

La surfaco de ora kuŝejo

La fina celo de la cirkvito estas formi ligon kun alta fizika forto kaj bonaj elektraj karakterizaĵoj inter PCB kaj komponantoj. Se estas ia oksido aŭ poluado sur la PCB-surfaco, ĉi tiu veldita artiko ne okazus kun la hodiaŭa malforta fluo.

Oraj kuŝejoj nature aldone al nikelo kaj ne oksigenas dum longa konservado. Tamen la oro ne decidas sur la oksidigita nikelo, do la nikelo devas resti pura inter la nikela bano kaj la malfondo de la oro. Tiel, la unua postulo de nikelo devas resti sen oksigena sufiĉe longa por permesi al oro precipitiĝi. Komponantoj disvolvis kemiajn lesivajn banojn por permesi 6 ~ 10% da fosfora enhavo en nikela precipitaĵo. Ĉi tiu fosfora enhavo en la neelektrolita nikela tegaĵo estas konsiderata kiel zorgema ekvilibro de bana kontrolo, oksido kaj elektraj kaj fizikaj propraĵoj.

malmoleco

Ne-elektrolitaj nikelaj tegitaj surfacoj estas uzataj en multaj aplikoj, kiuj postulas fizikan forton, kiel ekzemple aŭtomobilaj transdaj lagroj. PCB-postuloj estas multe malpli striktaj ol tiuj por ĉi tiuj aplikoj, sed certa malmoleco gravas por drato-ligo, tuŝplataj kontaktoj, randkonektilaj konektiloj kaj prilaborebla daŭrigebleco.

Plumboligado postulas nikelan malmolecon. Perdo de frotado povas okazi se la plumbo misformas la precipitaĵon, kio helpas la plumbon “degeli” en la substraton. SEM-bildoj montris neniun penetron en la surfacon de plata nikelo / oro aŭ nikelo / paladio (Pd) / oro.

Elektraj trajtoj

Kupro estas la metalo de elekto por cirkvita formado ĉar ĝi estas facile produktebla. Kupro kondukas elektron pli bone ol preskaŭ ĉiu metalo (tabelo 1) 1,2. Oro ankaŭ havas bonan elektran konduktivon, kio faras ĝin perfekta elekto por la plej ekstera metalo ĉar elektronoj emas flui sur la surfacon de kondukta vojo (la “surfaca” avantaĝo).

Tabelo 1. Rezisteco de PCB-metalo

Kupro 1.7 (inkluzive Ω cm

Oro (inkluzive de 2.4 Ω cm

Nikelo (inkluzive de 7.4 Ω cm

Neelektrolita nikela tegaĵo 55 ~ 90 µ ω cm

Kvankam la elektraj trajtoj de plej multaj produktaj platoj ne estas tuŝitaj de la nikela tavolo, nikelo povas influi la elektrajn trajtojn de altfrekvencaj signaloj. Mikroonda PCB-signala perdo povas superi projektajn specifojn. Ĉi tiu fenomeno estas proporcia al la dikeco de la nikelo – la cirkvito devas trairi la nikelon por atingi la lutan lokon. En multaj aplikoj, elektraj signaloj povas esti restarigitaj al la projekta specifo per specifado de nikelaj deponejoj de malpli ol 2.5µm.

Kontakta rezisto

Kontakta rezisto diferencas de veldeblo ĉar la nikela / ora surfaco restas neveldebla dum la tuta vivo de la fina produkto. Nikelo / oro devas resti kondukaj al ekstera kontakto post longedaŭra media ekspozicio. La 1970 libro de Antler esprimis nikelajn / orajn surfacajn kontaktajn postulojn kvante. Oni studis diversajn finuzajn mediojn: 3 “65 ° C, normala maksimuma temperaturo por elektronikaj sistemoj funkciantaj ĉe ĉambra temperaturo, kiel komputiloj; 125 ° C, la temperaturo ĉe kiu devas funkcii universalaj konektiloj, ofte specifita por militaj aplikoj; 200 ° C, tiu temperaturo pli kaj pli gravas por flugaj ekipaĵoj. “

Por malaltaj temperaturoj, nikelaj baroj ne necesas. Ĉar la temperaturo pliiĝas, la kvanto de nikelo necesa por malhelpi nikelon / oran translokigon pliiĝas (Tabelo II).

Tabelo 2. Kontakta rezisto de nikelo / oro (1000 horoj)

Nikela bariera tavolo kontentiga kontakto je 65 ° C kontentiga kontakto je 125 ° C kontentiga kontakto je 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%

La nikelo uzita en la studo de Antler estis galvaniza. Plibonigoj estas atendataj de neelektrolita nikelo, kiel konfirmis Baudrand 4. Tamen ĉi tiuj rezultoj estas por 0.5 µm da oro, kie la aviadilo kutime faligas 0.2 µm. La aviadilo povas esti konkludita esti sufiĉa por kontaktelementoj funkciigantaj je 125 ° C, sed pli altaj temperaturelementoj postulos specialecan testadon.

“Ju pli dika la nikelo, des pli bona estas la baro, en ĉiuj kazoj,” Antler sugestas, “sed la realaĵoj de fabrikado de PCB instigas inĝenierojn deponi nur tiom da nikelo kiom necesas. Plata nikelo / oro nun estas uzata en poŝtelefonoj kaj televokiloj, kiuj uzas tuŝ-kusenajn kontaktopunktojn. La specifo por ĉi tiu tipo de elemento estas almenaŭ 2 µm nikelo.

La konektilo

Neelektroliza nikela / ora mergado estas uzata en la fabrikado de cirkvitaj tabuloj kun printempa taŭgeco, prem-taŭga, malaltprema glitado kaj aliaj ne-velditaj konektiloj.

Konekteblaj konektiloj postulas pli longan fizikan fortikecon. En ĉi tiuj kazoj, neelektrolitaj nikelaj tegaĵoj estas sufiĉe fortaj por PCB-aplikoj, sed ora mergado ne. Tre maldika pura oro (60 ĝis 90 Knoop) frotos de la nikelo dum ripeta frotado. Kiam la oro estas forigita, la elmontrita nikelo oksidiĝas rapide, rezultigante pliiĝon de kontaktorezisto.

Neelektrolita nikela tegaĵo / ora mergado eble ne estas la plej bona elekto por konektiloj, kiuj eltenas multoblajn enigaĵojn dum la tuta vivo de la produkto. Nikelaj / paladiaj / oraj surfacoj rekomendas por universalaj konektiloj.

La bariera tavolo

Neelektroliza nikelo havas la funkcion de tri bariertavoloj sur la plato: 1) malebligi la disvastigon de kupro al oro; 2) Malhelpi la disvastigon de oro al nikelo; 3) Fonto de nikelo formita de intermetalaj komponaĵoj Ni3Sn4.

Disvastigo de kupro al nikelo

La translokigo de kupro tra nikelo rezultigos putriĝon de kupro al surfaca oro. La kupro rapide oksidiĝos, rezultigante malbonan veldigeblon dum muntado, kio okazas kaze de nikela elfluado. Nikelo necesas por malebligi migradon kaj disvastigon de malplenaj platoj dum stokado kaj dum muntado kiam aliaj areoj de la plato estis velditaj. Sekve, la temperaturo postulo de la baro tavolo estas malpli ol unu minuto sub 250 ° C.

Turn kaj Owen6 studis la efikon de malsamaj bariertavoloj sur kupro kaj oro. Ili trovis, ke “… Komparo de valoroj de kupra permeablo je 400 ° C kaj 550 ° C montras, ke heksavalenta kromo kaj nikelo kun 8-10% da fosfora enhavo estas la plej efikaj bariertavoloj studitaj “. (tabelo 3).

Tabelo 3. Penetro de kupro tra nikelo al oro

Nikela dikeco 400 ° C 24 horoj 400 ° C 53 horoj 550 ° C 12 horoj

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 Nedifuza nedifuza nedifuza

Laŭ la ekvacio de Arrhenius, disvastigo ĉe pli malaltaj temperaturoj estas eksponente pli malrapida. Kurioze, en ĉi tiu eksperimento, neelektroliza nikelo estis 2 ĝis 10 fojojn pli efika ol elektroplita nikelo. Turn kaj Owen atentigas, ke “… (8%) 2µm (80µinch) baro de ĉi tiu alojo reduktas kupran disvastigon al nekonsiderinda nivelo. “

De ĉi tiu ekstrema temperaturo, nikela dikeco de almenaŭ 2µm estas sekura specifo.

Disvastigo de nikelo al oro

La dua postulo de neelektrolita nikelo estas, ke nikelo ne migru tra “grajnoj” aŭ “fajnaj truoj” impregnitaj per oro. Se nikelo kontaktiĝos kun aero, ĝi oksidiĝos. Nikeloksido ne vendiĝas kaj malfacile forigeblas kun fluo.

Estas pluraj artikoloj pri nikelo kaj oro uzataj kiel ceramikaj blatoj. Ĉi tiuj materialoj eltenas la ekstremajn temperaturojn de muntado dum longa tempo. Ofta testo por ĉi tiuj surfacoj estas 500 ° C dum 15 minutoj.

Por taksi la kapablon de plataj neelektrolitaj nikelaj / or-impregnitaj surfacoj malhelpi nikelan oksigenadon, veldebleco de temperatur-aĝaj surfacoj estis studita. Malsamaj varmaj / humidaj kaj tempaj kondiĉoj estis provitaj. Ĉi tiuj studoj montris, ke nikelo estas adekvate protektita per lesiva oro, permesante bonan veldeblon post longa maljuniĝo.

Disvastigo de nikelo al oro povas esti limiga faktoro por kunigo en iuj kazoj, kiel ora termalsona drato-ligo. En ĉi tiu apliko, la nikela / ora surfaco estas malpli progresinta ol la nikela / paladio / ora surfaco. Iacovangelo esploris la difuzajn ecojn de paladio kiel bariera tavolo inter nikelo kaj oro kaj trovis, ke 0.5µm da paladio malhelpas migradon eĉ ĉe ekstremaj temperaturoj. Ĉi tiu studo ankaŭ montris, ke ne ekzistas disvastigo de kupro tra 2.5 µm de nikelo / paladio determinita per spektroskopio Auger dum 15 minutoj je 500 ° C.

Nikela stano intergenera komponaĵo

Dum surfaca muntado aŭ onda lutado, atomoj de la PCB-surfaco miksiĝos kun lutaj atomoj, depende de la difuzaj ecoj de la metalo kaj la kapablo formi “intermetalajn komponaĵojn” (Tabelo 4).

Tabelo 4. Difuzo de PCB-materialoj en veldado

Metala temperaturo ° C-difuzeco (µinches / SEC.)

Oro 450 486 117.9 167.5

Kupro 450 525 4.1 7.0

Paladio 450 525 1.4 6.2

Nikelo 700 1.7

En nikelaj / oraj kaj stanaj / plumbaj sistemoj, la oro tuj solviĝas en malfiksita stano. La lutaĵo formas fortan korinklinon al la suba nikelo per formado de intermetalaj komponaĵoj Ni3Sn4. Sufiĉe da nikelo devas esti deponita por certigi, ke la lutaĵo ne atingos sub la kupro.La mezuroj de Bader montris, ke ne necesas pli ol 0.5 µm da nikelo por konservi la baron, eĉ tra pli ol ses temperaturaj cikloj. Fakte la maksimuma intermetala tavolodikeco observita estas malpli ol 0.5µm (20µinch).

poraj

Neelektrolita nikelo / oro nur ĵus fariĝis ofta fina PCB-surfaca tegado, do industriaj procedoj eble ne taŭgas por ĉi tiu surfaco. Vaporprocezo de nitrata acido disponeblas por provi la porecon de elektrolita nikelo / oro uzata kiel aldona konektilo (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Neelektrolita nikelo / impregnado ne trapasos ĉi tiun teston. Eŭropa poreca normo estis disvolvita per kalia fericianido por determini la relativan porecon de plataj surfacoj, kiu ricevas laŭ poroj po kvadrata milimetro (cimoj / mm2). Bona plata surfaco devas havi malpli ol 10 truojn po kvadrata milimetro ĉe 100 x pligrandiĝo.

konkludo

La PCB-industrio interesiĝas pri redukto de la kvanto de nikelo deponita sur la tabulo pro kialoj de kosto, cikla tempo kaj materiala kongruo. La minimuma nikela specifo devas helpi malhelpi kupran disvastigon al la ora surfaco, konservi bonan veldan forton kaj teni malaltan kontaktoreziston. La maksimuma nikela specifo devas permesi flekseblecon en fabrikado de platoj, ĉar neniuj seriozaj manieroj de fiasko rilatas al dikaj kuŝejoj de nikelo.

Por la plej multaj hodiaŭaj cirkvitplatenoj, neelektroliza nikela tegaĵo de 2.0µm (80µinches) estas la minimuma nikela dikeco postulata. Praktike, vico da nikelaj dikecoj estos uzata sur produktado de PCB (Figuro 2). La ŝanĝo en nikela dikeco rezultos de la ŝanĝo en la ecoj de la banaj chemicalsemiaĵoj kaj la ŝanĝo en la daŭro de la aŭtomata levmaŝino. Por certigi minimume 2.0µm, specifoj de finuzantoj devas postuli 3.5µm, minimume 2.0µm kaj maksimume 8.0µm.

Ĉi tiu specifita gamo de nikela dikeco montriĝis taŭga por la produktado de milionoj da cirkvitaj tabuloj. La gamo plenumas la veldeblajn, konserveblajn kaj kontaktajn postulojn de la hodiaŭa elektroniko. Ĉar kunigaj postuloj diferencas de unu produkto al alia, surfacaj tegaĵoj eble devas esti optimumigitaj por ĉiu aparta aplikaĵo.