-Rako azken estaldura prozesua PCB manufakturak aldaketa nabarmenak izan ditu azken urteetan. Aldaketa hauek HASL (Hot air cohesion) mugak eta HASL alternatiba gero eta ugariagoak gainditzeko etengabeko beharraren emaitza dira.

Azken estaldura zirkuituaren kobrezko paperaren gainazala babesteko erabiltzen da. Kobrea (Cu) gainazal ona da osagaiak soldatzeko, baina erraz oxidatzen da; Kobre oxidoak soldaduraren bustitzea eragozten du. Urrea (Au) orain kobrea estaltzeko erabiltzen bada ere, urrea ez delako oxidatzen; Urrea eta kobrea azkar barreiatu eta elkar barreiatuko dira. Agerian dagoen kobreak azkar soldaezina den kobre oxidoa eratuko du. Hurbilketa bat da nikela (Ni) “hesi geruza” bat erabiltzea, urrea eta kobrea transferitzea eragozten duena eta osagaiak muntatzeko gainazal iraunkor eta eroalea eskaintzen duena.

Nikel elektrolitikoa ez den estaldura PCBren baldintzak

Nikel ez-elektrolitikoaren estaldurak hainbat funtzio bete beharko lituzke:

Urre gordailu baten azalera

Zirkuituaren azken helburua da indar fisiko handiko eta PCB eta osagaien artean ezaugarri elektriko onak dituen konexioa osatzea. PCB gainazalean oxido edo kutsadurarik egongo balitz, soldatutako juntura hori ez litzateke gaur egungo fluxu ahularekin gertatuko.

Urrea metatzen da modu naturalean nikelaren gainean eta ez da oxidatzen biltegiratze luzean. Hala ere, urrea ez da nikel oxidatuaren gainean finkatzen, beraz nikelak purua izaten jarraitu behar du nikel bainuaren eta urrea desegitearen artean. Horrela, nikelaren lehen eskakizuna oxigenorik gabe mantentzea da, urrea hauspeatzen uzteko adina denbora. Osagaiek lixibiatzeko bainu kimikoak garatu zituzten nikel prezipitazioetan% 6 ~ 10 fosforo edukia ahalbidetzeko. Nikel estaldura elektrolitikoa ez den fosforo-eduki hori bainuaren kontrolaren, oxidoaren eta propietate elektriko eta fisikoen oreka zaindutzat hartzen da.

gogortasuna

Nikelez estalitako elektrolitikoak ez diren gainazalak indar fisikoa eskatzen duten aplikazio askotan erabiltzen dira, hala nola automobilgintzako transmisioko errodamenduak. PCBaren eskakizunak aplikazio hauetakoak baino askoz ere zorrotzagoak dira, baina gogortasun jakin bat garrantzitsua da kableak lotzeko, ukipen-paneleko kontaktuetarako, ertz-konektoreetarako konektoreetarako eta prozesatzeko iraunkortasunerako.

Berunaren loturak nikel gogortasuna behar du. Marruskadura galtzea gerta daiteke berunak hauspeakina deformatzen badu, eta horrek beruna “urtzen” laguntzen du substratuan. SEM irudiek ez zuten nikel / urre edo nikel / paladio (Pd) / urre gainazalean sartzerik erakusten.

Ezaugarri elektrikoak

Kobrea zirkuituak osatzeko aukeratutako metala da, erraz egiten delako. Kobreak ia metal guztiak baino hobeto eramaten du elektrizitatea (1. taula) 1,2. Urreak eroankortasun elektriko ona du, beraz, kanpoko metalerako aukera ezin hobea da, elektroiak ibilbide eroale baten gainazalera joaten direlako (“gainazalaren” onura).

1. taula. PCB metalaren erresistibitatea

Kobrea 1.7 (Ω cm barne

Urrea (2.4 Ω cm barne

Nikela (7.4 Ω cm barne

Nikel elektrolitikoa ez den estaldura 55 ~ 90 µ ω cm

Ekoizpen plaka gehienen ezaugarri elektrikoak nikel geruzaren eraginpean ez dauden arren, nikelak maiztasun handiko seinaleen ezaugarri elektrikoetan eragina izan dezake. Mikrouhin labeko seinaleen galerak diseinatzailearen zehaztapenak gainditu ditzake. Fenomeno hau nikelaren lodierarekiko proportzionala da – zirkuituak nikeletik igaro behar du soldadura lekura iristeko. Aplikazio askotan, seinale elektrikoak diseinuaren zehaztapenetara berreskura daitezke, 2.5 µm-tik beherako nikel gordailuak zehaztuz.

Kontaktuen erresistentzia

Kontaktuen erresistentzia soldagarritasunaren desberdina da, nikel / urrezko gainazala soldatu gabe geratzen baita azken produktuaren bizitza osoan. Nikelak / urreak kanpoko kontaktuarekiko eroale izan behar dute ingurumeneko esposizio luzearen ondoren. Antler-en 1970eko liburuak nikel / urre gainazaleko harremanetarako baldintzak adierazten zituen kuantitatiboki. Azken erabilera ingurune ugari aztertu dira: 3 “65 ° C, tenperatura maximoa normala giro-tenperaturan funtzionatzen duten sistema elektronikoetarako, hala nola ordenagailuetarako; 125 ° C, lokailu unibertsalek funtzionatu behar duten tenperatura, askotan aplikazio militarretarako zehaztua; 200 ° C, tenperatura gero eta garrantzitsuagoa da hegan egiteko ekipamenduetarako “.

Tenperatura baxuetan, nikelezko hesiak ez dira beharrezkoak. Tenperatura handitu ahala, nikel / urre transferentzia ekiditeko behar den nikel kopurua handitzen da (II. Taula).

2. taula. Nikel / urreak ukipen-erresistentzia (1000 ordu)

Nikel hesi geruza kontaktu egokia 65 ° C-an kontaktu egokia 125 ° C-an kontaktu egokia 200 ° C-an

0.0 µm 100% 40% 0

0.5 µm 100% 90% 5

2.0 µm 100% 100% 10

4.0 µm 100% 100% 60

Antler-en ikerketan erabilitako nikela galbanizatua zen. Nikel elektrolitikoa ez denaren hobekuntzak espero dira, Baudrand 4-k baieztatu duenez. Hala ere, emaitza hauek 0.5 µm urrezko dira, non planoak 0.2 µm prezipitatu ohi duen. Planoa 125 ° C-tan funtzionatzen duten kontaktu elementuetarako nahikoa dela ondoriozta daiteke, baina tenperatura altuagoetako elementuek azterketa espezializatuak egin beharko dituzte.

“Nikela zenbat eta lodiagoa izan, orduan eta oztopo hobea izango da kasu guztietan”, iradokitzen du Antlerrek, “baina PCB fabrikazioaren errealitateak ingeniariak bultzatzen ditu behar adina nikel bakarrik jartzera. Nikel laua / urrea ukipen-ukipen ukipen puntuak erabiltzen dituzten telefono mugikorretan eta orrialdeetan erabiltzen da. Elementu mota honen zehaztapena gutxienez 2 µm-ko nikela da.

Konektorea

Nikel / urre murgiltze elektrolitikoa ez den malgukia, presio egokitua, presio baxuko irristakorra eta soldatu gabeko beste lokailuak dituzten zirkuitu plaken fabrikazioan erabiltzen da.

Konektore konektagarriek iraupen fisiko handiagoa behar dute. Kasu hauetan, elektrolitikoak ez diren nikelezko estaldurak nahikoa indartsuak dira PCB aplikazioetarako, baina urrezko murgiltzea ez. Urre puru oso finak (60 eta 90 Knoop) nikeletik igurtzi egingo ditu behin eta berriro marruskaduretan. Urrea kentzen denean, jasan den nikela azkar oxidatzen da eta, ondorioz, kontaktuaren erresistentzia handitzen da.

Baliteke nikel estaldura ez-elektrolitikoa / urrezko murgiltzea ez izatea aukerarik onena produktuaren bizitza osoan zehar txertatze anitz jasaten dituzten konektore konektagarrietarako. Erabilera anitzeko lokailuetarako nikel / paladio / urrezko gainazalak gomendatzen dira.

Hesi geruza

Nikel ez-elektrolitikoak hiru hesi geruzen funtzioa du plakan: 1) kobrea urrearekiko difusioa ekiditeko; 2) Urrea nikelera hedatzea ekiditeko; 3) Ni3Sn4 konposatu intermetalikoek osatutako nikelaren iturria.

Kobrearen hedapena nikelera

Kobrea nikelaren bidez transferitzeak kobrea urrezko azalera deskonposatzea eragingo du. Kobrea azkar oxidatuko da, eta ondorioz soldadura txarra izango da muntatzean, nikel ihesaren kasuan gertatzen dena. Nikela beharrezkoa da plaka hutsen migrazioa eta zabalkundea saihesteko biltegiratzean eta muntatzean plakaren beste gune batzuk soldatu direnean. Hori dela eta, hesi geruzaren tenperatura 250 minutu baino gutxiagoko tenperatura baino gutxiago dago.

Turn-ek eta Owen6-k barrera geruza ezberdinek kobre eta urrean duten eragina aztertu dute. “… Kobrezko iragazkortasun balioen konparazioak 400 ° C eta 550 ° C-tan erakusten du kromo hexavalentea eta% 8-10 fosforo edukia duten nikela direla aztertutako hesi geruzarik eraginkorrenak “. (3. taula).

3. taula. Kobrea nikelaren bidez sartzea urrea

Nikelaren lodiera 400 ° C 24 ordu 400 ° C 53 ordu 550 ° C 12 ordu

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 difusiorik gabeko difusiorik gabeko difusiorik gabe

Arrhenius ekuazioaren arabera, tenperatura baxuagoetan hedapena esponentzialki motelagoa da. Interesgarria da, esperimentu honetan, nikel ez-elektrolitikoa nikel galvanizatua baino 2-10 aldiz eraginkorragoa izan zela. Turn-ek eta Owen-ek adierazi dute “… Aleazio honen (% 8) 2µm (80µin) hesi batek kobrezko difusioa maila arinera murrizten du. “

Tenperatura muturreko proba honetatik, gutxienez 2µm-ko nikelaren lodiera zehaztapen segurua da.

Nikelaren difusioa urreara

Nikel ez-elektrolitikoaren bigarren eskakizuna da nikelak ez dezala migratu urrez bustitako “ale” edo “zulo finetatik”. Nikela airearekin kontaktuan jartzen bada, oxidatu egingo da. Nikel oxidoa ez da saltzen eta fluxuarekin ezabatzeko zaila da.

Zeramikazko txirbil garraiatzaile gisa erabilitako nikelari eta urreari buruzko hainbat artikulu daude. Material hauek muntaiaren muturreko tenperaturak jasaten dituzte denbora luzez. Gainazal horien ohiko proba 500 ° C da 15 minutuz.

Nikel / urrez gaineztatutako gainazal ez elektrolitiko lauek nikela oxidatzea ekiditeko duten gaitasuna ebaluatzeko, tenperaturan zahartutako gainazalen soldagarritasuna aztertu zen. Bero / hezetasun eta denbora baldintza desberdinak probatu ziren. Ikerketa horiek frogatu dute nikela urrea lixibiatuz behar bezala babesten dela, soldadura ona ahalbidetuz zahartze luze baten ondoren.

Nikela urrearekin hedatzea faktore mugatzailea izan daiteke zenbait kasutan muntatzeko, hala nola, urrezko alanbre termalsonikoa. Aplikazio honetan, nikel / urre gainazala nikel / paladio / urre gainazala baino aurreratuagoa da. Iacovangelo-k paladioaren difusio propietateak ikertu zituen nikelaren eta urriaren arteko hesi geruza gisa eta 0.5 μm paladioak muturreko tenperaturetan ere migrazioa eragozten duela ikusi zuen. Ikerketa honek frogatu zuen Auger espektroskopiaren bidez zehaztutako kubearen 2.5 µm nikel / paladio bidez ez zela 15 minututan 500 ° C-tan.

Nikel eztainu konposatu intergenerikoa

Gainazalean muntatzeko edo olatuak soldatzeko eragiketan, PCB gainazaleko atomoak soldadura atomoekin nahastuko dira, metalaren difusio propietateen eta “konposatu intermetalikoak” osatzeko gaitasunaren arabera (4. taula).

4. taula. PCB materialen difusibitatea soldaduran

Metalaren tenperatura ° C difusibitatea (µinches / SEC.)

Urrea 450 486 117.9 167.5

Kobrea 450 525 4.1 7.0

Paladio 450 525 1.4 6.2

Nikela 700 1.7

Nikela / urrea eta eztainua / beruna sistemetan, urrea berehala disolbatzen da eztainu soltean. Soldadurak azpiko nikelarekiko lotura handia osatzen du Ni3Sn4 konposatu intermetalikoak eratuz. Nikela nahikoa jarri behar da soldadura kobre azpira iritsiko ez dela ziurtatzeko.Baderren neurketek erakutsi zuten ez zela 0.5 μm nikel baino gehiago behar barrera mantentzeko, baita sei tenperatura ziklo baino gehiagotan ere. Izan ere, ikusitako geruza intermetalikoen gehieneko lodiera 0.5 μm (20µinch) baino txikiagoa da.

porotsuak

Nikela / urrea ez-elektrolitikoa duela gutxi PCB gainazaleko estaldura arrunta bihurtu da, beraz, baliteke industria prozedurak ez izatea egokia gainazal horretarako. Plug-in konektore gisa erabilitako nikel / urre elektrolitikoaren porositatea probatzeko azido nitrikoaren lurrunezko prozesua dago eskuragarri (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Nikel / inpregnazio elektrolitikoak ez du proba hau gaindituko. Europako porositate estandar bat garatu da potasio ferrizianuroa erabiliz gainazal lauen porositate erlatiboa zehazteko, milimetro karratuko poroen arabera (akatsak / mm2). Azal lau on batek milimetro koadroko 10 zulo baino gutxiago izan behar ditu 100 x handitzean.

Ondorio

PCB fabrikazioen industriak arbelean metatutako nikel kopurua murrizteko interesa du kostua, zikloaren denbora eta materialen bateragarritasuna direla eta. Nikelaren gutxieneko zehaztapenak urrezko gainazalera kobrezko difusioa ekiditen lagundu behar du, soldadurako erresistentzia ona mantentzen du eta kontaktuen erresistentzia baxua izaten jarraitzen du. Nikelaren gehienezko zehaztapenak malgutasuna ahalbidetu beharko luke plaken fabrikazioan, ez baitago nikel lodi gordailuekin akats modu larririk lotzen.

Gaur egungo zirkuitu-plaken diseinu gehienetan, nikelaren estaldura elektrolitikoa ez den 2.0µm-koa (80µinches) da nikelaren gutxieneko lodiera behar duena. Praktikan, nikel lodiera sorta bat erabiliko da PCBaren produkzio lote batean (2. irudia). Nikelaren lodiera aldatzea bainuko produktu kimikoen propietateak aldatzearen eta altxatzeko makina automatikoaren iraupenaren aldaketaren ondorioz sortuko da. Gutxienez 2.0 µm bermatzeko, azken erabiltzaileen zehaztapenek 3.5 µm behar dute, gutxienez 2.0 µm eta gehienez 8.0 µm.

Zehaztutako nikel lodiera sorta hau milioika zirkuitu plaka ekoizteko egokia dela frogatu da. Gama honek egungo elektronikako soldagarritasuna, iraupena eta harremanetarako baldintzak betetzen ditu. Muntatzeko eskakizunak produktu batetik bestera desberdinak direnez, gainazaleko estaldurak optimizatu behar dira aplikazio jakin bakoitzerako.