Pwosesis la kouch final pou Pkb fabrikasyon te sibi chanjman enpòtan nan dènye ane yo. 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.

Se kouch final la itilize pou pwoteje sifas papye sikwi kwiv la. Copper (Cu) se yon bon sifas pou konpozan soude, men li fasil pou oksidize; Ksid kwiv anpeche mouye soude. Malgre ke lò (Au) se kounye a itilize yo kouvri kwiv, paske lò pa oksidasyon; Lò ak kwiv pral byen vit difize ak pénétrer youn ak lòt. Nenpòt kòb kwiv mete ekspoze pral byen vit fòme yon oksid kwiv ki pa soudabl. Yon apwòch se sèvi ak yon nikèl (Ni) “kouch baryè” ki anpeche lò ak kwiv nan transfere epi li bay yon dirab, sifas konduktif pou asanble eleman yo.

Kondisyon PCB pou kouch nikèl ki pa elektwolitik

The non-electrolytic nickel coating should perform several functions:

Sifas yon depo lò

Objektif final kous la se fòme yon koneksyon ak gwo fòs fizik ak bon karakteristik elektrik ant PCB ak konpozan yo. Si gen nenpòt oksid oswa kontaminasyon sou sifas la PCB, sa a jwenti soude pa ta rive ak fèb flux jodi a.

Depo Gold natirèlman sou tèt nikèl epi yo pa oksidasyon pandan depo long. Sepandan, lò a pa rezoud sou nikèl la soksid, se konsa nikèl la dwe rete pi ant beny lan nikèl ak yap divòse an lò la. 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.

dite

Ki pa Peye-elektwolitik nikèl sifas kouvwi yo te itilize nan aplikasyon pou anpil moun ki mande pou fòs fizik, tankou bi transmisyon otomobil. Kondisyon PCB yo byen lwen mwens sevè pase sa yo pou aplikasyon sa yo, men yon dite sèten enpòtan pou fil-lyezon, kontak touchpad, konektè kwen-Connetor, ak pwosesis dirab.

Plon lyezon mande pou yon dite nikèl. Pèt friksyon ka rive si plon an defòme presipite a, ki ede plon an “fonn” nan substra a. Imaj SEM pa te montre okenn pénétration nan sifas la nan nikèl plat / lò oswa nikèl / Paladyòm (Pd) / lò.

Karakteristik elektrik

Copper se metal la nan chwa pou fòmasyon sikwi paske li fasil fè. Copper fè elektrisite pi bon pase prèske chak metal (tablo 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

Copper 1.7 (ki gen ladan Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Ki pa Peye-elektwolitik kouch nikèl 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. Mikwo ond pèt siyal PCB ka depase espesifikasyon designer. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Nan anpil aplikasyon, siyal elektrik yo ka retabli nan spesifikasyon konsepsyon pa espesifye depo nikèl ki mwens pase 2.5µm.

Kontak rezistans

Kontak rezistans diferan de soudabilite paske sifas la nikèl / lò rete soude pandan tout lavi a nan pwodwi a fen. Nikèl / lò dwe rete kondiktif nan kontak ekstèn apre ekspoze pwolonje nan anviwònman an. 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, tanperati a nan ki konektè inivèsèl dwe opere, souvan espesifye pou aplikasyon pou militè; 200 ° C, tanperati sa a ap vin pi plis ak plis enpòtan pou ekipman vole. “

Pou tanperati ki ba, baryè nikèl yo pa obligatwa. As the temperature increases, the amount of nickel required to prevent nickel/gold transfer increases (Table II).

Tablo 2. Rezistans kontak nikèl / lò (1000 èdtan)

Nikèl baryè kouch kontak satisfezan nan 65 ° C kontak satisfezan nan 125 ° C kontak satisfezan nan 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%

Nikèl yo itilize nan etid Antler la te galvanize. Amelyorasyon yo espere nan nikèl ki pa elektwolitik, jan konfime pa Baudrand 4. Sepandan, rezilta sa yo se pou 0.5 µm lò, kote avyon an anjeneral presipite 0.2 µm. Avyon an ka dedwi yo dwe ase pou eleman kontak opere nan 125 ° C, men eleman tanperati ki pi wo yo pral mande pou tès espesyalize yo.

“Pi epè nikèl la, pi bon an baryè a, nan tout ka,” Antler sijere, “men reyalite yo nan fabrikasyon PCB ankouraje enjenyè yo depoze sèlman kòm anpil nikèl jan sa nesesè. Nikèl plat / lò se kounye a yo itilize nan telefòn selilè ak bipè ki itilize pwen kontak manyen-pad. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Connector la

Ki pa Peye-elektwolitik imèsyon nikèl / lò yo itilize nan envantè de tablo sikwi ak prentan anfòm, laprès-anfòm, ki ba-presyon glisman ak lòt konektè ki pa soude.

Ploge nan konektè mande pou pi long rezistans fizik. Nan ka sa yo, ki pa Peye-elektwolitik penti nikèl yo fò ase pou aplikasyon pou PCB, men imèsyon lò se pa vre. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Lè yo retire lò a, nikèl ekspoze a oksidize rapidman, sa ki lakòz yon ogmantasyon nan rezistans kontak.

Non-electrolytic nickel coating/gold immersion may not be the best choice for plug-in connectors that endure multiple inserts throughout the life of the product. Nikèl / Paladyòm / sifas lò yo rekòmande pou konektè multi.

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) Sous nikèl ki te fòme pa konpoze Ni3Sn4 entèrmetalik.

Difizyon nan kòb kwiv mete nikèl

Transfè nan kòb kwiv mete nan nikèl sa pral lakòz nan dekonpozisyon nan kòb kwiv mete nan sifas lò. 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. Se poutèt sa, kondisyon tanperati a nan kouch baryè a se mwens pase yon minit anba a 250 ° C.

Vire ak Owen6 te etidye efè kouch baryè diferan sou kwiv ak lò. Yo te jwenn ke “… Konparezon nan valè pèmeyabilite kwiv nan 400 ° C ak 550 ° C montre ke ègzavalan CHROMIUM ak nikèl ak 8-10% kontni fosfò yo se kouch ki pi efikas baryè etidye “. (tablo 3).

Tablo 3. Pénétration nan kòb kwiv mete nan nikèl an lò

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 ki pa Peye-difizyon ki pa Peye-difizyon ki pa difizyon

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Enteresan, nan eksperyans sa a, ki pa elektwolitik nikèl te 2 a 10 fwa pi efikas pase nikèl galvanize. Vire ak Owen fè remake ke “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Soti nan tès tanperati ekstrèm sa a, yon epesè nikèl omwen 2µm se yon spesifikasyon san danje.

Difizyon nan nikèl an lò

Dezyèm kondisyon nikèl ki pa elektwolitik se ke nikèl pa emigre nan “grenn” oswa “twou amann” enpreye ak lò. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Gen plizyè atik sou nikèl ak lò yo itilize kòm transpòtè chip seramik. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Yon tès komen pou sifas sa yo se 500 ° C pou 15 minit.

Yo nan lòd yo evalye kapasite nan plat plat ki pa elektwolitik nikèl / lò-enpreye sifas yo anpeche nikèl oksidasyon, soudabilite nan sifas tanperati ki gen laj yo te etidye. Different heat/humidity and time conditions were tested. Etid sa yo te montre ke nikèl se byen pwoteje pa lesivaj lò, sa ki pèmèt bon soudabilite apre aje long.

Difizyon nan nikèl an lò pouvwa gen yon faktè limite pou asanble nan kèk ka, tankou lò thermalsonic fil-lyezon. Nan aplikasyon sa a, sifas la nikèl / lò se mwens avanse pase sifas la nikèl / Paladyòm / lò. 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.

Nikèl fèblan entèrjenerik konpoze

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).

Tablo 4. Difizyon materyèl PCB nan soude

Tanperati metal ° C difuzivite (µinches / SEC.)

Lò 450 486 117.9 167.5

Copper 450 525 4.1 7.0

Paladyòm 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Nan sistèm nikèl / lò ak fèblan / plon, lò a imedyatman fonn nan fèblan ki lach. 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.Mezi Bader yo te montre ke pa gen plis pase 0.5µm nan nikèl oblije kenbe baryè a, menm nan plis pase sis sik tanperati. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

pore

Ki pa Peye-elektwolitik nikèl / lò te sèlman dènyèman vin yon komen final PCB sifas kouch, se konsa pwosedi endistriyèl yo pa kapab apwopriye pou sifas sa a. Yon pwosesis vapè asid nitrique ki disponib pou teste porositë nan nikèl / lò elektwolitik yo itilize kòm yon konektè ploge (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Ki pa Peye-elektwolitik nikèl / fekondasyon pa pral pase tès sa a. Yon estanda Ewopeyen an porosite te devlope lè l sèvi avèk potasyòm ferricyanide detèmine porositë relatif la nan sifas ki plat, ki se bay an tèm de porositë pou chak milimèt kare (pinèz / mm2). Yon bon sifas plat ta dwe gen mwens pase 10 twou pou chak milimèt kare nan 100 x agrandisman.

konklizyon

Endistri fabrikasyon PCB la enterese nan diminye kantite nikèl depoze sou tablo a pou rezon pri, tan sik, ak konpatibilite materyèl. Spesifikasyon nikèl minimòm lan ta dwe ede anpeche difizyon kòb kwiv mete sou sifas lò a, kenbe bon fòs soude, epi kenbe rezistans kontak ba. Spesifikasyon maksimòm nikèl la ta dwe pèmèt fleksibilite nan fabrikasyon plak, menm jan pa gen okenn mòd grav nan echèk ki asosye avèk depo nikèl epè.

Pou pifò nan desen tablo sikwi jodi a, yon kouch nikèl ki pa elektwolitik 2.0µm (80µinches) se epesè nikèl minimòm yo mande yo. Nan pratik, yon seri de epesè nikèl yo pral itilize sou yon anpil pwodiksyon de PCB la (Figi 2). Chanjman nan epesè nikèl ap lakòz chanjman nan pwopriyete pwodwi chimik yo beny ak chanjman nan tan an rete nan machin nan leve otomatik yo. Pou asire yon minimòm de 2.0µm, espesifikasyon nan itilizatè fen yo ta dwe mande pou 3.5µm, yon minimòm de 2.0µm, ak yon maksimòm de 8.0µm.

Sa a ranje espesifye nan epesè nikèl te pwouve apwopriye pou pwodiksyon an nan dè milyon de tablo sikwi. Ranje a satisfè soudabilite, lavi etajè ak kondisyon pou kontak elektwonik jodi a. Paske kondisyon asanble yo diferan de yon pwodwi a yon lòt, penti sifas yo ka bezwen optimize pou chak aplikasyon patikilye.