De lêste coating proses foar PCB produksje hat de lêste jierren wichtige feroaringen ûndergien. 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.

De definitive coating wurdt brûkt om it oerflak fan ‘e circuit koperfolie te beskermjen. Koper (Cu) is in goed oerflak foar laskomponinten, mar wurdt maklik oksideare; Koperokside hindert wiethâlden fan soldeer. Hoewol goud (Au) no wurdt brûkt om koper te dekken, om’t goud net oksideart; Goud en koper sille elkoar fluch diffunde en trochstrings. Elk bleatsteld koper sil fluch in net-lasber koperokside foarmje. Ien oanpak is om in nikkel (Ni) “barriêre laach” te brûken dy’t foarkomt dat goud en koper oerdrage en in duorsum, konduktyf oerflak leveret foar komponintmontering.

PCB-easken foar net-elektrolytyske nikkelcoating

De net-elektrolytyske nikkelcoat moat ferskate funksjes útfiere:

It oerflak fan in gouden boarch

It úteinlike doel fan it circuit is in ferbining te foarmjen mei hege fysike sterkte en goede elektryske skaaimerken tusken PCB en komponinten. As d’r okside as besmetting is op it PCB -oerflak, soe dit laske gewricht net foarkomme mei de swakke flux fan hjoed.

Goud falt natuerlik boppe op nikkel en oxideart net by lange opslach. It goud falt lykwols net op it oksidearre nikkel, sadat it nikkel suver moat bliuwe tusken it nikkelbad en de ûntbining fan it goud. 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. Dizze fosforynhâld yn ‘e net-elektrolytyske nikkelcoating wurdt beskôge as in soarchfâldige balâns fan badkontrôle, okside, en elektryske en fysike eigenskippen.

hurdens

Net-elektrolytyske nikkelbedekte oerflakken wurde brûkt yn in protte applikaasjes dy’t fysike krêft fereaskje, lykas lagers foar auto’s. PCB-easken binne folle minder strang dan dy foar dizze applikaasjes, mar in bepaalde hurdens is wichtich foar draadbinding, touchpad-kontakten, edge-connetor-connectors, en ferwurking fan duorsumens.

Leadbinding fereasket in nikkelhurdens. Ferlies fan wriuwing kin foarkomme as de lead it neerslag ferfoarmet, wat helpt dat de lead “smelt” yn it substraat. SEM -ôfbyldings lieten gjin penetraasje sjen yn it oerflak fan plat nikkel/goud as nikkel/palladium (Pd)/goud.

Elektryske skaaimerken

Koper is it metaal fan kar foar sirkelfoarming, om’t it maklik te meitsjen is. Koper liedt elektrisiteit better dan hast elk metaal (tabel 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

Koper 1.7 (ynklusyf Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Non-electrolytic nikkel 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. Mikrofoave PCB -sinjaalferlies kin ûntwerper spesifikaasjes oerskriuwe. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Yn in protte tapassingen kinne elektryske sinjalen wurde hersteld yn ‘e ûntwerpspesifikaasje troch spesifisearje nikkelôfsettings fan minder dan 2.5µm.

Kontakt ferset

Kontakt ferset is oars as lasberens, om’t it nikkel/gouden oerflak ûnlêzen bliuwt yn ‘e heule libben fan it einprodukt. Nikkel/goud moat konduktyf bliuwe foar eksterne kontakt nei langere omjouwingsbleatstelling. 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, de temperatuer wêrop universele ferbiningen moatte wurkje, faak oantsjutte foar militêre tapassingen; 200 ° C, wurdt dy temperatuer hieltyd wichtiger foar fleanapparatuer. ”

Foar lege temperatueren binne nikkelbarriêres net fereaske. As de temperatuer tanimt, nimt de hoemannichte nikkel ta dy’t foarkomt dat nikkel/gouden oerdracht foarkomt (tabel II).

Tabel 2. Kontaktresistinsje fan nikkel/goud (1000 oeren)

Nikkelbarriêre laach befredigjend kontakt by 65 ° C befredigjend kontakt by 125 ° C befredigjend kontakt by 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%

It nikkel dat waard brûkt yn ‘e stúdzje fan Antler waard galvanisearre. Ferbetteringen wurde ferwachte fan net-elektrolytysk nikkel, lykas befêstige troch Baudrand 4. Dizze resultaten binne lykwols foar 0.5 µm goud, wêr’t it fleantúch gewoanlik 0.2 µm presipiteart. It fleantúch kin wurde bepaald dat it genôch is foar kontakteleminten dy’t wurkje by 125 ° C, mar eleminten mei hegere temperatuer sille spesjalisearre testen fereaskje.

“Hoe dikker it nikkel, hoe better de barriêre, yn alle gefallen,” suggereart Antler, “mar de realiteiten fan PCB -produksje stimulearje yngenieurs om allinich safolle nikkel te deponearje as nedich is. Plat nikkel/goud wurdt no brûkt yn mobile tillefoans en pagers dy’t kontaktpunten mei touchpad brûke. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

De ferbining

Net-elektrolytyske nikkel/gouden ûnderdompeling wurdt brûkt by de fabrikaazje fan printplaten mei springpas, perspassing, glijdend ûnder lege druk en oare net-laske ferbiningen.

Plug-in-connectors fereaskje langere fysike duorsumens. Yn dizze gefallen binne net-elektrolytyske nikkelcoatings sterk genôch foar PCB-tapassingen, mar gouden ûnderdompeling is net. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. As it goud wurdt ferwidere, oxideart it bleatstelde nikkel rap, wat resulteart yn in tanimming fan kontaktresistinsje.

Net-elektrolytyske nikkelcoating/ûnderdompeling yn goud is miskien net de bêste kar foar plug-in-connectors dy’t meardere ynserts trochhâlde yn ‘e heule libben fan it produkt. Nikkel/palladium/gouden oerflakken wurde oanrikkemandearre foar multyfunksjoneel ferbiningen.

The barrier layer

Net-elektrolytysk nikkel hat de funksje fan trije barriêrelagen op ‘e plaat: 1) om de fersprieding fan koper nei goud te foarkommen; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Boarne fan nikkel foarme troch Ni3Sn4 yntermetallike ferbiningen.

Diffúzje fan koper nei nikkel

De oerdracht fan koper troch nikkel sil resultearje yn ûntbining fan koper nei oerflakgoud. 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. Dêrom is de temperatuereask fan ‘e barriêre laach minder dan ien minút ûnder 250 ° C.

Turn en Owen6 hawwe it effekt bestudearre fan ferskate barriêrelagen op koper en goud. Se fûnen dat “… Fergeliking fan koperpermeabiliteitwearden by 400 ° C en 550 ° C lit sjen dat hexavalent chroom en nikkel mei 8-10% fosforgehalte de meast effektive barriêrelagen binne bestudearre “. (tabel 3).

Tabel 3. Penetraasje fan koper troch nikkel nei goud

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 Non-diffusion non-diffusion non-diffusion

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Ynteressant wie yn dit eksperimint net-elektrolytysk nikkel 2 oant 10 kear effisjinter dan galvanisearre nikkel. Turn en Owen wize derop dat “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Fanút dizze ekstreme temperatuertest is in nikkeldikte fan op syn minst 2µm in feilige spesifikaasje.

Diffúzje fan nikkel nei goud

De twadde eask fan net-elektrolytysk nikkel is dat nikkel net migreert troch “korrels” of “fine gatten” impregnearre mei goud. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

D’r binne ferskate artikels oer nikkel en goud brûkt as keramyske chipdragers. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. In mienskiplike test foar dizze oerflakken is 500 ° C foar 15 minuten.

Om de mooglikheid te evaluearjen fan platte net-elektrolytyske nikkel/goud-impregneerde oerflakken om nikkeloxidaasje te foarkommen, waard lasberens fan oerflakken mei temperatuerferâldering ûndersocht. Different heat/humidity and time conditions were tested. Dizze stúdzjes hawwe sjen litten dat nikkel adekwaat wurdt beskerme troch útlogjen fan goud, wêrtroch goede lasberens mooglik is nei lang ferâldering.

Diffúzje fan nikkel nei goud kin yn guon gefallen in beheinende faktor wêze foar gearkomste, lykas gouden thermalsonyske draadbinding. Yn dizze applikaasje is it nikkel/gouden oerflak minder avansearre dan it oerflak fan nikkel/palladium/goud. 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.

Nikkel tin intergeneryske ferbining

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).

Tabel 4. Diffusiviteit fan PCB -materialen by lassen

Metaaltemperatuer ° C diffusiviteit (µinches/ SEC.)

Goud 450 486 117.9 167.5

Koper 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Yn nikkel/goud en tin/lead systemen lost it goud fuortendaliks op yn los tin. 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.De mjittingen fan Bader lieten sjen dat net mear dan 0.5µm nikkel nedich wie om de barriêre te behâlden, sels troch mear dan seis temperatuersyklusen. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

poarse

Net-elektrolytysk nikkel/goud is mar koartlyn in mienskiplike definitive PCB-oerflakcoating wurden, sadat yndustriële prosedueres miskien net geskikt binne foar dit oerflak. In stoomproses foar salpetersoer is beskikber foar it testen fan de porositeit fan elektrolytysk nikkel/goud brûkt as plug-in connector (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Net-elektrolytyske nikkel/ymprägraasje sil dizze test net trochjaan. In Jeropeeske standert foar porositeit is ûntwikkele mei kaliumferricyanide om de relative porositeit fan flakke oerflakken te bepalen, dy’t wurdt jûn yn termen fan poriën per fjouwerkante millimeter (bugs /mm2). In goed plat oerflak moat minder dan 10 gatten per fjouwerkante millimeter hawwe by 100 x fergrutting.

konklúzje

De PCB -produksjebedriuw is ynteressearre yn it ferminderjen fan de hoemannichte nikkel dy’t op it boerd is deponeare om redenen fan kosten, syklustiid, en materiaalkompatibiliteit. De minimale nikkelspesifikaasje soe moatte helpe foarkommen fan koperfersprieding nei it gouden oerflak, goede lassterkte behâlde, en kontaktresistinsje leech hâlde. De maksimum nikkelspesifikaasje soe fleksibiliteit moatte tastean by plaatfabrikaasje, om’t d’r gjin serieuze flatermodi binne assosjeare mei dikke nikkelôfsettings.

Foar de measte hjoeddeiske printplaatûntwerpen is in net-elektrolytyske nikkelcoating fan 2.0µm (80µinches) de minimale fereaske nikkeldikte. Yn ‘e praktyk sille in berik nikkeldikten wurde brûkt op in produksjelot fan’ e PCB (ôfbylding 2). De feroaring yn nikkeldikte sil resultearje út ‘e feroaring yn’ e eigenskippen fan ‘e badgemikaliën en de feroaring yn’ e wennetiid fan ‘e automatyske liftmasjine. Om in minimum fan 2.0µm te garandearjen, soene spesifikaasjes fan einbrûkers 3.5µm, in minimum fan 2.0µm, en in maksimum fan 8.0µm moatte fereaskje.

Dit oantsjutte oanbod fan nikkeldikte is geskikt foar de produksje fan miljoenen circuitboards. It berik foldocht oan de lasberens, de planke libben en kontakteasken fan hjoeddeiske elektroanika. Om’t de easken foar montage ferskille fan it iene produkt nei it oare, moatte oerflakcoatings miskien wurde optimalisearre foar elke bepaalde applikaasje.