An próiseas deiridh sciath do PCB tháinig athruithe suntasacha ar an déantúsaíocht le blianta beaga anuas. 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.

Úsáidtear an sciath deiridh chun dromchla an scragall copair chiorcaid a chosaint. Is dromchla maith é copar (Cu) le haghaidh comhpháirteanna táthúcháin, ach tá sé ocsaídithe go héasca; Cuireann ocsaíd chopair cosc ​​ar fhliuchra an sádróra. Cé go n-úsáidtear ór (Au) anois chun copar a chlúdach, toisc nach ocsaídíonn ór; Déanfaidh ór agus copar a chéile a scaipeadh go tapa. Déanfaidh aon chopar nochtaithe ocsaíd chopair neamh-táthaithe a fhoirmiú go tapa. Cur chuige amháin is ea “ciseal bacainn” nicil (Ni) a úsáid a choisceann ór agus copar ó aistriú agus a sholáthraíonn dromchla marthanach, seoltaí do thionól comhpháirteanna.

Ceanglais PCB maidir le sciath nicil neamh-leictrealaíoch

Ba cheart go gcomhlíonfadh an sciath nicil neamh-leictrealaíoch roinnt feidhmeanna:

Dromchla taisce óir

Is é cuspóir deiridh an chiorcaid nasc a dhéanamh le neart fisiceach ard agus tréithe maithe leictreachais idir PCB agus comhpháirteanna. Má tá aon ocsaíd nó éilliú ar dhromchla an PCB, ní tharlódh an comhpháirt táthaithe seo le flosc lag an lae inniu.

Taisceann ór go nádúrtha ar bharr nicil agus ní ocsaídíonn sé le linn stórála fada. Mar sin féin, ní shocraíonn an t-ór ar an nicil ocsaídithe, mar sin caithfidh an nicil fanacht íon idir an folctha nicil agus díscaoileadh an óir. 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. Meastar go bhfuil an t-ábhar fosfair seo sa sciath nicil neamh-leictrealaíoch mar chothromaíocht chúramach idir rialú folctha, ocsaíd, agus airíonna leictreacha agus fisiciúla.

cruas

Úsáidtear dromchlaí brataithe nicil neamh-leictrealaíoch i go leor feidhmchlár a dteastaíonn neart fisiceach uathu, mar imthacaí tarchuir feithicleach. Tá riachtanais PCB i bhfad níos déine ná iad siúd maidir leis na feidhmchláir seo, ach tá cruas áirithe tábhachtach maidir le nascáil sreinge, teagmhálacha touchpad, nascóirí imeall-connetor, agus inbhuanaitheacht phróiseála.

Éilíonn cruas nicil cruas nicil. Is féidir go gcaillfear frithchuimilt má dhífhoirmíonn an luaidhe an deascán, rud a chabhraíonn leis an luaidhe “leá” isteach sa tsubstráit. Níor léirigh íomhánna SEM aon treá isteach i ndromchla nicil / ór comhréidh nó nicil / pallaidiam (Pd) / ór.

Saintréithe leictreacha

Is é copar an miotal is rogha le haghaidh foirmiú ciorcad toisc go bhfuil sé furasta a dhéanamh. Seolann copar leictreachas níos fearr ná beagnach gach miotal (tábla 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

Copar 1.7 (lena n-áirítear Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Cumhdach nicil neamh-leictrealaíoch 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. Is féidir le caillteanas comhartha PCB micreathonn dul thar sonraíochtaí dearthóra. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. In a lán feidhmchlár, is féidir comharthaí leictreacha a chur ar ais sa tsonraíocht dearaidh trí thaiscí nicil níos lú ná 2.5µm a shonrú.

Friotaíocht teagmhála

Tá friotaíocht teagmhála difriúil ó weldability toisc nach bhfacthas an dromchla nicil / ór ar feadh shaolré an táirge deiridh. Caithfidh nicil / ór fanacht seoltach chuig teagmháil sheachtrach tar éis nochtadh fada comhshaoil. 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, an teocht ag a gcaithfidh nascóirí uilíocha oibriú, a shonraítear go minic le haghaidh feidhmeanna míleata; 200 ° C, tá an teocht sin ag éirí níos tábhachtaí do threalamh eitilte. “

Maidir le teochtaí ísle, ní theastaíonn bacainní nicil. De réir mar a mhéadaíonn an teocht, méadaíonn an méid nicil atá riachtanach chun aistriú nicil / ór a chosc (Tábla II).

Tábla 2. Friotaíocht teagmhála nicil / ór (1000 uair)

Ciseal bacainn nicil teagmháil shásúil ag 65 ° C teagmháil shásúil ag 125 ° C teagmháil shásúil ag 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%

Bhí leictreaphlátáil ar an nicil a úsáideadh i staidéar Antler. Táthar ag súil le feabhsuithe ó nicil neamh-leictrealaíoch, mar atá deimhnithe ag Baudrand 4. Is ór 0.5 µm na torthaí seo, áfach, áit a mbíonn 0.2 µm de ghnáth ag an eitleán. Is féidir a thuiscint go bhfuil an t-eitleán leordhóthanach chun eilimintí teagmhála a oibríonn ag 125 ° C, ach beidh tástáil speisialaithe ag teastáil ó eilimintí teochta níos airde.

“Is é an tiús an nicil, is amhlaidh is fearr an bhacainn, i ngach cás,” a deir Antler, “ach spreagann réaltachtaí na déantúsaíochta PCB innealtóirí gan ach an oiread nicil a theastaíonn a thaisceadh. Úsáidtear nicil / ór comhréidh anois i bhfóin cheallacha agus glaoirí a úsáideann pointí teagmhála ceap tadhaill. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

An cónascaire

Úsáidtear tumoideachas nicil / ór neamh-leictrealaíoch i ndéantús clár ciorcad le feistiú earraigh, preas-oiriúnach, sleamhnán faoi bhrú íseal agus nascóirí neamh-táthaithe eile.

Teastaíonn marthanacht fhisiceach níos faide ó chónaisc breiseán. Sna cásanna seo, tá bratuithe nicil neamh-leictrealaíoch láidir go leor le haghaidh feidhmchlár PCB, ach níl tumoideachas óir ann. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Nuair a bhaintear an t-ór amach, ocsaídíonn an nicil nochtaithe go gasta, agus mar thoradh air sin tá méadú ar fhriotaíocht teagmhála.

B’fhéidir nach é sciath nicil neamh-leictrealaíoch / tumoideachas óir an rogha is fearr do chónaisc breiseán a fhulaingíonn iatáin iolracha ar feadh shaolré an táirge. Moltar dromchlaí nicil / pallaidiam / ór do nascóirí ilchuspóireacha.

The barrier layer

Tá trí shraith bhacainn ar an pláta ag nicil neamh-leictrealaíoch: 1) idirleathadh copair go hór a chosc; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Foinse nicil arna fhoirmiú ag comhdhúile idirmhiotalacha Ni3Sn4.

Copar a scaipeadh go nicil

Mar thoradh ar aistriú copair trí nicil beidh dianscaoileadh copair go hór dromchla. 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. Dá bhrí sin, tá riachtanas teochta na sraithe bacainní níos lú ná nóiméad faoi bhun 250 ° C.

Rinne Turn agus Owen6 staidéar ar éifeacht na sraitheanna bacainní éagsúla ar chopar agus ar ór. Fuair ​​siad amach “… Taispeánann comparáid idir luachanna tréscaoilteachta copair ag 400 ° C agus 550 ° C gurb iad cróimiam hexavalent agus nicil le cion fosfair 8-10% na sraitheanna bacainní is éifeachtaí a ndéantar staidéar orthu “. (tábla 3).

Tábla 3. Treá copair trí nicil go hór

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 Neamh-idirleathadh neamh-idirleathadh

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Suimiúil go leor, sa turgnamh seo, bhí nicil neamh-leictrealaíoch 2 go 10 n-uaire níos éifeachtaí ná nicil leictreaphlátáilte. Cuireann Turn agus Owen in iúl “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Ón tástáil teochta mhór seo, is sonraíocht shábháilte tiús nicil 2µm ar a laghad.

Scaipeadh nicil go hór

Is é an dara riachtanas atá ag nicil neamh-leictrealaíoch ná nach dtéann nicil ar imirce trí “ghráin” nó trí “phoill mhín” atá líonta le hór. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Tá roinnt alt ar nicil agus ór a úsáidtear mar iompróirí sliseanna ceirmeacha. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Is é tástáil choitianta do na dromchlaí seo 500 ° C ar feadh 15 nóiméad.

D’fhonn meastóireacht a dhéanamh ar chumas dromchlaí comhréidh nicil neamh-leictrealaíoch neamh-leictrealaíoch chun ocsaídiú nicil a chosc, rinneadh staidéar ar in-táthaitheacht dromchlaí aois-teocht. Different heat/humidity and time conditions were tested. Taispeánann na staidéir seo go bhfuil nicil cosanta go leordhóthanach trí ór láisteadh, rud a fhágann go bhfuil táthaitheacht mhaith ann tar éis dul in aois fada.

D’fhéadfadh scaipeadh nicil go hór a bheith ina fhachtóir teorannaithe le haghaidh cóimeála i gcásanna áirithe, mar shampla nascáil sreinge teirmeachónach óir. San iarratas seo, níl an dromchla nicil / ór chomh dul chun cinn ná an dromchla nicil / pallaidiam / ór. 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.

Comhdhúil intergeneric stáin nicil

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).

Tábla 4. Diffusivity ábhair PCB i dtáthú

Teocht miotail ° C diffusivity (µinches / SEC.)

Óir 450 486 117.9 167.5

Copar 450 525 4.1 7.0

Pallaidiam 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

I gcórais nicil / óir agus stáin / luaidhe, tuaslagann an t-ór láithreach i stáin scaoilte. 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.Léirigh tomhais Bader nár theastaigh níos mó ná 0.5µm de nicil chun an bac a choinneáil, fiú trí níos mó ná sé thimthriall teochta. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

scagach

Ní raibh nicil / ór neamh-leictrealaíoch ina sciath dromchla PCB deiridh coitianta le déanaí, mar sin d’fhéadfadh nach mbeadh nósanna imeachta tionsclaíocha oiriúnach don dromchla seo. Tá próiseas gaile aigéad nítreach ar fáil chun tástáil a dhéanamh ar ghéire nicil / ór leictrealaíoch a úsáidtear mar cheanglóir breiseán (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Ní rithfidh nicil / tuile neamh-leictrealaíoch an tástáil seo. Forbraíodh caighdeán Eorpach um ghortú ag baint úsáide as ferricyanide potaisiam chun an coibhneas coibhneasta atá ag dromchlaí comhréidh a chinneadh, a thugtar i dtéarmaí pores in aghaidh an milliméadar cearnach (fabhtanna / mm2). Ba chóir go mbeadh dromchla cothrom maith níos lú ná 10 bpoll in aghaidh an milliméadar cearnach ag formhéadú 100 x.

thabhairt i gcrích

Tá suim ag tionscal déantúsaíochta PCB an méid nicil a chuirtear i dtaisce ar an gclár a laghdú ar chúiseanna costais, am rothair agus comhoiriúnacht ábhair. Ba cheart go gcabhródh an tsonraíocht íosta nicil le idirleathadh copair ar an dromchla óir a chosc, neart táthaithe maith a choinneáil, agus friotaíocht teagmhála a choinneáil íseal. Ba cheart go gceadódh an tsonraíocht uasta nicil solúbthacht i ndéantúsaíocht pláta, toisc nach bhfuil aon mhodhanna cliseadh tromchúiseacha bainteach le taiscí nicil tiubha.

Maidir leis an gcuid is mó de dhearaí bord ciorcad an lae inniu, is é sciath nicil neamh-leictrealaíoch 2.0µm (80µin) an tiús nicil is lú a theastaíonn. Go praiticiúil, úsáidfear raon tiús nicil ar go leor táirgeachta den PCB (Fíor 2). Tiocfaidh an t-athrú ar thiús nicil as an athrú ar airíonna na gceimiceán folctha agus as an athrú ar am cónaithe an mheaisín ardaithe uathoibríoch. Chun íosmhéid 2.0µm a chinntiú, ba cheart go mbeadh 3.5µm, íosmhéid 2.0µm, agus uasmhéid 8.0µm ag teastáil ó shonraíochtaí ó úsáideoirí deiridh.

Tá an raon sonraithe seo de thiús nicil oiriúnach chun na milliúin clár ciorcad a tháirgeadh. Comhlíonann an raon riachtanais táthaitheachta, seilfré agus riachtanais teagmhála leictreonaic an lae inniu. Toisc go bhfuil na riachtanais cóimeála difriúil ó tháirge amháin go táirge eile, b’fhéidir go gcaithfear bratuithe dromchla a bharrfheabhsú do gach feidhmchlár ar leith.