के लिए अंतिम कोटिंग प्रक्रिया पीसीबी हाल के वर्षों में विनिर्माण में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए हैं। 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.

अंतिम कोटिंग का उपयोग सर्किट तांबे की पन्नी की सतह की रक्षा के लिए किया जाता है। कॉपर (Cu) वेल्डिंग घटकों के लिए एक अच्छी सतह है, लेकिन आसानी से ऑक्सीकृत हो जाती है; कॉपर ऑक्साइड सोल्डर को गीला करने में बाधा डालता है। हालाँकि अब सोने (Au) का उपयोग तांबे को ढकने के लिए किया जाता है, क्योंकि सोना ऑक्सीकृत नहीं होता है; सोना और तांबा तेजी से फैलेंगे और एक दूसरे में प्रवेश करेंगे। कोई भी खुला तांबा जल्दी से एक गैर-वेल्डेबल कॉपर ऑक्साइड बना देगा। एक तरीका निकल (नी) “बैरियर लेयर” का उपयोग करना है जो सोने और तांबे को स्थानांतरित होने से रोकता है और घटक असेंबली के लिए एक टिकाऊ, प्रवाहकीय सतह प्रदान करता है।

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग के लिए पीसीबी की आवश्यकताएं

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग को कई कार्य करने चाहिए:

सोने के भंडार की सतह

सर्किट का अंतिम उद्देश्य पीसीबी और घटकों के बीच उच्च शारीरिक शक्ति और अच्छी विद्युत विशेषताओं के साथ संबंध बनाना है। यदि पीसीबी की सतह पर कोई ऑक्साइड या संदूषण है, तो यह वेल्डेड जोड़ आज के कमजोर प्रवाह के साथ नहीं होगा।

सोना स्वाभाविक रूप से निकल के ऊपर जमा होता है और लंबे भंडारण के दौरान ऑक्सीकरण नहीं करता है। हालांकि, ऑक्सीकृत निकल पर सोना नहीं जमता है, इसलिए निकल स्नान और सोने के विघटन के बीच निकल को शुद्ध रहना चाहिए। 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. This phosphorus content in the non-electrolytic nickel coating is considered as a careful balance of bath control, oxide, and electrical and physical properties.

कठोरता

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल लेपित सतहों का उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है जिन्हें भौतिक शक्ति की आवश्यकता होती है, जैसे ऑटोमोटिव ट्रांसमिशन बीयरिंग। इन अनुप्रयोगों की तुलना में पीसीबी की आवश्यकताएं बहुत कम कठोर हैं, लेकिन वायर-बॉन्डिंग, टचपैड कॉन्टैक्ट्स, एज-कॉनेटर कनेक्टर और प्रोसेसिंग स्थिरता के लिए एक निश्चित कठोरता महत्वपूर्ण है।

लीड बॉन्डिंग के लिए निकल कठोरता की आवश्यकता होती है। घर्षण का नुकसान हो सकता है यदि सीसा अवक्षेप को विकृत कर देता है, जो लेड को सब्सट्रेट में “पिघलने” में मदद करता है। SEM छवियों ने फ्लैट निकल / सोना या निकल / पैलेडियम (पीडी) / सोने की सतह में कोई प्रवेश नहीं दिखाया।

विद्युत विशेषतायें

कॉपर सर्किट बनाने के लिए पसंद की धातु है क्योंकि इसे बनाना आसान है। कॉपर लगभग हर धातु से बेहतर बिजली का संचालन करता है (तालिका 1)1,2। सोने में अच्छी विद्युत चालकता भी होती है, जो इसे सबसे बाहरी धातु के लिए एक आदर्श विकल्प बनाती है क्योंकि इलेक्ट्रॉन एक प्रवाहकीय मार्ग (“सतह” लाभ) की सतह पर प्रवाहित होते हैं।

Table 1. Resistivity of PCB metal

कॉपर 1.7 (Ω सेमी . सहित)

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग 55 ~ 90 μ सेमी

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. Microwave PCB signal loss can exceed designer specifications. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. कई अनुप्रयोगों में, 2.5μm से कम के निकल जमा को निर्दिष्ट करके विद्युत संकेतों को डिजाइन विनिर्देश में बहाल किया जा सकता है।

संपर्क प्रतिरोध

संपर्क प्रतिरोध वेल्डेबिलिटी से अलग है क्योंकि निकल / सोने की सतह अंतिम उत्पाद के पूरे जीवन में बिना ढके रहती है। लंबे समय तक पर्यावरणीय जोखिम के बाद निकल/सोना बाहरी संपर्क के लिए प्रवाहकीय रहना चाहिए। Antler’s 1970 book expressed nickel/gold surface contact requirements in quantitative terms. विभिन्न अंत-उपयोग वातावरण का अध्ययन किया गया है: 3 “65 डिग्री सेल्सियस, कमरे के तापमान पर काम करने वाले इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के लिए एक सामान्य अधिकतम तापमान, जैसे कंप्यूटर; 125 डिग्री सेल्सियस, जिस तापमान पर यूनिवर्सल कनेक्टर को काम करना चाहिए, जिसे अक्सर सैन्य अनुप्रयोगों के लिए निर्दिष्ट किया जाता है; 200 डिग्री सेल्सियस, वह तापमान उड़ान उपकरणों के लिए अधिक से अधिक महत्वपूर्ण होता जा रहा है।”

कम तापमान के लिए, निकल बाधाओं की आवश्यकता नहीं होती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, निकेल/गोल्ड ट्रांसफर को रोकने के लिए आवश्यक निकेल की मात्रा बढ़ जाती है (सारणी II)।

तालिका 2. निकल/सोने का संपर्क प्रतिरोध (1000 घंटे)

निकल बाधा परत 65 डिग्री सेल्सियस पर संतोषजनक संपर्क 125 डिग्री सेल्सियस पर संतोषजनक संपर्क 200 डिग्री सेल्सियस पर संतोषजनक संपर्क

०.० µm १००% ४०% ०%

०.० µm १००% ४०% ०%

०.० µm १००% ४०% ०%

०.० µm १००% ४०% ०%

एंटलर के अध्ययन में प्रयुक्त निकल इलेक्ट्रोप्लेटेड था। गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल से सुधार की उम्मीद है, जैसा कि बॉड्रेंड 4 द्वारा पुष्टि की गई है। हालांकि, ये परिणाम ०.५ µm सोने के लिए हैं, जहां विमान आमतौर पर ०.२ µm अवक्षेपित होता है। The plane can be inferred to be sufficient for contact elements operating at 125°C, but higher temperature elements will require specialized testing.

“निकेल जितना मोटा होगा, सभी मामलों में बेहतर अवरोध होगा,” एंटलर सुझाव देते हैं, “लेकिन पीसीबी निर्माण की वास्तविकताएं इंजीनियरों को केवल उतना ही निकल जमा करने के लिए प्रोत्साहित करती हैं जितनी जरूरत है। फ्लैट निकल/सोना अब सेल्युलर फोन और पेजर्स में उपयोग किया जाता है जो टच-पैड संपर्क बिंदुओं का उपयोग करते हैं। इस प्रकार के तत्व के लिए विनिर्देश कम से कम 2 माइक्रोन निकल है।

कनेक्टर

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल/सोना विसर्जन का उपयोग स्प्रिंग फिट, प्रेस-फिट, कम दबाव स्लाइडिंग और अन्य गैर-वेल्डेड कनेक्टर के साथ सर्किट बोर्ड के निर्माण में किया जाता है।

प्लग-इन कनेक्टर्स को लंबे समय तक भौतिक स्थायित्व की आवश्यकता होती है। इन मामलों में, गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग्स पीसीबी अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त मजबूत हैं, लेकिन सोना विसर्जन नहीं है। Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. जब सोना हटा दिया जाता है, तो उजागर निकल तेजी से ऑक्सीकरण करता है, जिसके परिणामस्वरूप संपर्क प्रतिरोध में वृद्धि होती है।

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग/सोना विसर्जन प्लग-इन कनेक्टर्स के लिए सबसे अच्छा विकल्प नहीं हो सकता है जो उत्पाद के पूरे जीवन में कई आवेषण सहन करते हैं। बहुउद्देशीय कनेक्टर्स के लिए निकल/पैलेडियम/सोने की सतहों की सिफारिश की जाती है।

The barrier layer

Non-electrolytic nickel has the function of three barrier layers on the plate: 1) to prevent the diffusion of copper to gold; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Ni3Sn4 इंटरमेटेलिक यौगिकों द्वारा निर्मित निकल का स्रोत।

तांबे का निकल में प्रसार

निकेल के माध्यम से तांबे के स्थानांतरण के परिणामस्वरूप तांबे की सतह पर सोने का अपघटन होगा। 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. इसलिए, बाधा परत की तापमान आवश्यकता 250 डिग्री सेल्सियस से एक मिनट से भी कम है।

टर्न और ओवेन6 ने तांबे और सोने पर विभिन्न अवरोध परतों के प्रभाव का अध्ययन किया है। उन्होंने पाया कि “… 400 डिग्री सेल्सियस और 550 डिग्री सेल्सियस पर तांबे के पारगम्यता मूल्यों की तुलना से पता चलता है कि हेक्सावलेंट क्रोमियम और निकल 8-10% फास्फोरस सामग्री के साथ अध्ययन की जाने वाली सबसे प्रभावी बाधा परतें हैं। (टेबल तीन)।

तालिका 3. निकेल से सोने में तांबे का प्रवेश

Nickel thickness 400°C 24 hours 400°C 53 hours 550°C 12 hours

०.२५ µm 0.25 µm १२ µm १८ µm

०.२५ µm 0.50 µm १२ µm १८ µm

1.00 µm 1 µm 1 µ M 8 µm

२.०० µm नॉन-डिफ्यूजन नॉन-डिफ्यूजन नॉन-डिफ्यूजन

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. दिलचस्प बात यह है कि इस प्रयोग में इलेक्ट्रोप्लेटेड निकल की तुलना में गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल 2 से 10 गुना अधिक कुशल था। टर्न और ओवेन बताते हैं कि “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

इस चरम तापमान परीक्षण से, कम से कम 2μm की निकल मोटाई एक सुरक्षित विनिर्देश है।

निकेल का सोने में प्रसार

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल की दूसरी आवश्यकता यह है कि निकल सोने के साथ लगाए गए “अनाज” या “ठीक छेद” के माध्यम से माइग्रेट नहीं होता है। If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

There are several articles on nickel and gold used as ceramic chip carriers. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. इन सतहों के लिए एक सामान्य परीक्षण 500 मिनट के लिए 15°C है।

निकल ऑक्सीकरण को रोकने के लिए फ्लैट गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल / सोना-गर्भवती सतहों की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, तापमान-वृद्ध सतहों की वेल्डेबिलिटी का अध्ययन किया गया था। Different heat/humidity and time conditions were tested. इन अध्ययनों से पता चला है कि निकेल सोने की लीचिंग द्वारा पर्याप्त रूप से संरक्षित है, जिससे लंबी उम्र बढ़ने के बाद अच्छी वेल्डेबिलिटी की अनुमति मिलती है।

निकेल का सोने में प्रसार कुछ मामलों में असेंबली के लिए एक सीमित कारक हो सकता है, जैसे कि गोल्ड थर्मलसोनिक वायर-बॉन्डिंग। इस आवेदन में, निकल/सोने की सतह निकल/पैलेडियम/सोने की सतह से कम उन्नत है। 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.

निकल टिन इंटरजेनेरिक यौगिक

सरफेस माउंट या वेव सोल्डरिंग ऑपरेशन के दौरान, पीसीबी सतह से परमाणुओं को मिलाप परमाणुओं के साथ मिलाया जाएगा, जो धातु के प्रसार गुणों और “इंटरमेटेलिक यौगिक” (तालिका 4) बनाने की क्षमता पर निर्भर करता है।

तालिका 4. वेल्डिंग में पीसीबी सामग्री की विसरणशीलता

धातु का तापमान डिग्री सेल्सियस प्रसार (μinches/ SEC.)

सोना 450 486 117.9 167.5

कॉपर 450 525 4.1 7.0

पैलेडियम 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

निकल/सोना और टिन/सीसा प्रणालियों में, सोना तुरंत ढीले टिन में घुल जाता है। 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.बैडर के माप से पता चला है कि छह से अधिक तापमान चक्रों के माध्यम से भी बाधा को बनाए रखने के लिए 0.5μm से अधिक निकल की आवश्यकता नहीं थी। In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

झरझरा

गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल / सोना हाल ही में एक सामान्य अंतिम पीसीबी सतह कोटिंग बन गया है, इसलिए औद्योगिक प्रक्रियाएं इस सतह के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती हैं। प्लग-इन कनेक्टर (आईपीसी-टीएम-650 2.3.24.2)9 के रूप में उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइटिक निकल/सोने की सरंध्रता के परीक्षण के लिए एक नाइट्रिक एसिड भाप प्रक्रिया उपलब्ध है। गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल/संसेचन इस परीक्षा में उत्तीर्ण नहीं होगा। सपाट सतहों के सापेक्ष सरंध्रता को निर्धारित करने के लिए पोटेशियम फेरिकैनाइड का उपयोग करके एक यूरोपीय सरंध्रता मानक विकसित किया गया है, जो प्रति वर्ग मिलीमीटर (बग / मिमी 2) छिद्रों के संदर्भ में दिया गया है। एक अच्छी सपाट सतह में १०० x आवर्धन पर १० छेद प्रति वर्ग मिलीमीटर से कम होना चाहिए।

निष्कर्ष

पीसीबी निर्माण उद्योग लागत, चक्र समय और सामग्री अनुकूलता के कारणों के लिए बोर्ड पर जमा निकेल की मात्रा को कम करने में रुचि रखता है। न्यूनतम निकल विनिर्देश को सोने की सतह पर तांबे के प्रसार को रोकने, अच्छी वेल्ड ताकत बनाए रखने और संपर्क प्रतिरोध को कम रखने में मदद करनी चाहिए। अधिकतम निकल विनिर्देश को प्लेट निर्माण में लचीलेपन की अनुमति देनी चाहिए, क्योंकि विफलता का कोई भी गंभीर तरीका मोटी निकल जमा से जुड़ा नहीं है।

आज के अधिकांश सर्किट बोर्ड डिज़ाइनों के लिए, 2.0μm (80μinches) की गैर-इलेक्ट्रोलाइटिक निकल कोटिंग न्यूनतम निकल मोटाई आवश्यक है। व्यवहार में, पीसीबी (चित्रा 2) के उत्पादन लॉट पर निकल मोटाई की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाएगा। निकल की मोटाई में परिवर्तन स्नान रसायनों के गुणों में परिवर्तन और स्वचालित उठाने वाली मशीन के रहने के समय में परिवर्तन के परिणामस्वरूप होगा। न्यूनतम 2.0μm सुनिश्चित करने के लिए, अंतिम उपयोगकर्ताओं के विनिर्देशों के लिए 3.5μm, न्यूनतम 2.0μm और अधिकतम 8.0μm की आवश्यकता होनी चाहिए।

निकल मोटाई की यह निर्दिष्ट सीमा लाखों सर्किट बोर्डों के उत्पादन के लिए उपयुक्त साबित हुई है। रेंज आज के इलेक्ट्रॉनिक्स की वेल्डेबिलिटी, शेल्फ लाइफ और संपर्क आवश्यकताओं को पूरा करती है। चूंकि असेंबली आवश्यकताएं एक उत्पाद से दूसरे उत्पाद में भिन्न होती हैं, इसलिए प्रत्येक विशेष एप्लिकेशन के लिए सतह कोटिंग्स को अनुकूलित करने की आवश्यकता हो सकती है।