Համար ծածկույթի վերջնական գործընթացը PCB արտադրությունը վերջին տարիներին զգալի փոփոխությունների է ենթարկվել: 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.

Վերջնական ծածկույթը օգտագործվում է շրջանի պղնձե փայլաթիթեղի մակերեսը պաշտպանելու համար: Պղինձը (Cu) լավ մակերես է եռակցման բաղադրիչների համար, բայց հեշտությամբ օքսիդանում է. Պղնձի օքսիդը խանգարում է զոդման աշխատանքներին: Թեև ոսկին (Au) այժմ օգտագործվում է պղնձը ծածկելու համար, քանի որ ոսկին չի օքսիդանում. Ոսկին և պղինձը արագորեն ցրվելու և ներթափանցելու են միմյանց: Exposedանկացած ենթարկված պղինձ արագորեն կստեղծի ոչ եռակցվող պղնձի օքսիդ: Մոտեցումներից է `օգտագործել նիկելի (Ni)« պատնեշի շերտ », որը կանխում է ոսկու և պղնձի փոխանցումը և ապահովում է բաղադրիչների հավաքման դիմացկուն, հաղորդիչ մակերես:

PCB- ի պահանջները ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի ծածկույթի համար

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի ծածկույթը պետք է կատարի մի քանի գործառույթ.

Ոսկու հանքավայրի մակերեսը

Շղթայի վերջնական նպատակը PCB- ի և բաղադրիչների միջև բարձր ֆիզիկական ուժով և լավ էլեկտրական բնութագրերով կապի ձևավորումն է: Եթե ​​PCB- ի մակերևույթի վրա կա որևէ օքսիդ կամ աղտոտում, ապա այս եռակցված միացումը տեղի չի ունենա այսօրվա թույլ հոսքով:

Ոսկին բնականաբար նստում է նիկելի վրա և չի օքսիդանում երկար պահպանման ընթացքում: Այնուամենայնիվ, ոսկին չի նստում օքսիդացված նիկելի վրա, ուստի նիկելը պետք է մաքուր մնա նիկելի բաղնիքի և ոսկու լուծարման միջև: 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. Ֆոսֆորի պարունակությունը ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի ծածկույթում համարվում է բաղնիքի վերահսկման, օքսիդի և էլեկտրական և ֆիզիկական հատկությունների մանրակրկիտ հավասարակշռություն:

կարծրություն

Նիկելով պատված ոչ էլեկտրոլիտիկ մակերեսները օգտագործվում են ֆիզիկական ուժ պահանջող բազմաթիվ ծրագրերում, օրինակ ՝ ավտոմոբիլային փոխանցման առանցքակալներ: PCB- ի պահանջները շատ ավելի խիստ են, քան այս ծրագրերի պահանջները, սակայն որոշակի կարծրություն կարևոր է մետաղալարերի միացման, հպման վահանակի կոնտակտների, եզրագծային միակցիչների և մշակման կայունության համար:

Կապարի կապը պահանջում է նիկելի կարծրություն: Շփման կորուստ կարող է առաջանալ, եթե կապարը դեֆորմացնում է նստվածքը, ինչը օգնում է կապարը «հալվել» ենթաշերտի մեջ: SEM պատկերները ցույց չտվեցին հարթ նիկելի/ոսկու կամ նիկելի/պալադիումի (Pd)/ոսկու մակերևույթի ներթափանցումը:

Էլեկտրական բնութագրերը

Պղինձը սխեմայի ձևավորման ընտրված մետաղն է, քանի որ այն հեշտ է պատրաստել: Պղինձը էլեկտրաէներգիան ավելի լավ է անցկացնում, քան գրեթե յուրաքանչյուր մետաղ (աղյուսակ 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

Պղինձ 1.7 (ներառյալ Ω սմ

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելային ծածկույթ 55 ~ 90 μ ω ω սմ

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. Միկրոալիքային PCB ազդանշանի կորուստը կարող է գերազանցել դիզայների տեխնիկական պայմանները: This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Շատ ծրագրերում էլեկտրական ազդանշանները կարող են վերականգնվել նախագծման բնութագրին `նշելով 2.5 մկմ -ից պակաս նիկելի հանքավայրեր:

Կապ դիմադրություն

Կոնտակտային դիմադրությունը տարբերվում է եռակցման ունակությունից, քանի որ նիկելի/ոսկու մակերեսը մնում է եռակցված վերջնական արտադրանքի ողջ կյանքի ընթացքում: Նիկելը/ոսկին պետք է մնան հաղորդիչ արտաքին շփման համար շրջակա միջավայրի երկարատև ազդեցությունից հետո: 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, այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում պետք է աշխատեն ունիվերսալ միակցիչները, որոնք հաճախ նշված են ռազմական կիրառման համար. 200 ° C, այդ ջերմաստիճանը գնալով ավելի ու ավելի է դառնում թռչող սարքավորումների համար »:

Lowածր ջերմաստիճանների դեպքում նիկելային պատնեշներ չեն պահանջվում: Asերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ ավելանում է նիկելի/ոսկու փոխանցումը կանխելու համար անհրաժեշտ քանակությունը (աղյուսակ II):

Աղյուսակ 2. Նիկելի/ոսկու շփման դիմադրություն (1000 ժամ)

Նիկելային պատնեշի շերտը բավարար շփում է 65 ° C- ով, բավարար շփում `125 ° C- ում, բավարար շփում` 200 ° C- ում

0.0 մկմ 100% 40% 0%

0.5 մկմ 100% 90% 5%

2.0 մկմ 100% 100% 10%

4.0 մկմ 100% 100% 60%

Անտլերի ուսումնասիրության ժամանակ օգտագործված նիկելը էլեկտրալարված էր: Բարելավումներ են սպասվում ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելից, ինչը հաստատեց Baudrand 4-ը: Այնուամենայնիվ, այս արդյունքները 0.5 մկմ ոսկու համար են, որտեղ հարթությունը սովորաբար նստում է 0.2 մկմ: Կարելի է եզրակացնել, որ ինքնաթիռը բավարար է 125 ° C ջերմաստիճանում գործող կոնտակտային տարրերի համար, սակայն ավելի բարձր ջերմաստիճանի տարրերը կպահանջեն մասնագիտացված փորձարկումներ:

«Որքան հաստ լինի նիկելը, այնքան լավ է պատնեշը բոլոր դեպքերում, – առաջարկում է Անտլերը, – բայց PCB- ի արտադրության իրողությունները խրախուսում են ինժեներներին դնել միայն այնքան նիկել, որքան անհրաժեշտ է: Հարթ նիկելը/ոսկին այժմ օգտագործվում է բջջային հեռախոսներում և էջագրիչներում, որոնք օգտագործում են հպման բարձիկների կոնտակտային կետեր: The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Միակցիչը

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի/ոսկու ընկղմումը օգտագործվում է զսպանակավոր, սեղմիչ, ցածր ճնշման լոգարիթմական և այլ ոչ եռակցված միակցիչներով տպատախտակների արտադրության մեջ:

Լրացուցիչ միակցիչները պահանջում են ավելի երկար ֆիզիկական ամրություն: Այս դեպքերում ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի ծածկույթները բավական ամուր են PCB- ի կիրառման համար, սակայն ոսկու ընկղմումը ոչ: Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Երբ ոսկին հանվում է, բացված նիկելը արագորեն օքսիդանում է, ինչը հանգեցնում է շփման դիմադրության բարձրացման:

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի ծածկույթը/ոսկու ընկղմումը կարող է լավագույն ընտրությունը չլինել միակցիչների համար, որոնք դիմանում են բազմաթիվ ներդիրներին արտադրանքի ողջ կյանքի ընթացքում: Նիկելի/պալադիումի/ոսկու մակերեսները խորհուրդ են տրվում բազմաֆունկցիոնալ միակցիչների համար:

The barrier layer

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելը ափսեի վրա ունի երեք պատնեշի շերտ `1) կանխելու պղնձի տարածումը ոսկու վրա. 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Ni3Sn4 միջմետաղական միացություններից առաջացած նիկելի աղբյուր:

Պղնձի նիկելի տարածում

Պղնձի փոխանցումը նիկելի միջոցով կհանգեցնի պղնձի տարրալուծմանը մակերեսային ոսկու: 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. Հետևաբար, պատնեշի շերտի ջերմաստիճանի պահանջը 250 ° C- ից ցածր մեկ րոպեից պակաս է:

Turn- ը և Owen6- ն ուսումնասիրել են տարբեր պատնեշների շերտերի ազդեցությունը պղնձի և ոսկու վրա: Նրանք պարզել են, որ «… Պղնձի թափանցելիության արժեքների համեմատությունը 400 ° C- ում և 550 ° C- ում ցույց է տալիս, որ վեցավալենտ քրոմը և նիկելը `8-10% ֆոսֆորի պարունակությամբ, ուսումնասիրված ամենաարդյունավետ պատնեշային շերտերն են»: (աղյուսակ 3):

Աղյուսակ 3. Պղնձի ներթափանցումը նիկելի միջով դեպի ոսկի

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

0.25 մկմ 1 մկմ 12 մկմ 18 մկմ

0.50 մկմ 1 մկմ 6 մկմ 15 մկմ

1.00 մկմ 1 մկմ 1 մկմ 8 մկմ

2.00 մկմ Ոչ դիֆուզիոն ոչ դիֆուզիոն ոչ դիֆուզիոն

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Հետաքրքիր է, որ այս փորձի ժամանակ ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելը 2-ից 10 անգամ ավելի արդյունավետ էր, քան էլեկտրամշակված նիկելը: Թերն ու Օուենը նշում են, որ «… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Այս ծայրահեղ ջերմաստիճանի փորձարկումից առնվազն 2 մկմ նիկելի հաստությունը ապահով բնութագիր է:

Նիկելի տարածում ոսկու վրա

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի երկրորդ պահանջն այն է, որ նիկելը չտեղափոխվի ոսկով ներծծված «հատիկների» կամ «նուրբ անցքերի» միջով: If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Կան մի քանի հոդվածներ նիկելի և ոսկու վերաբերյալ, որոնք օգտագործվում են որպես կերամիկական չիպերի կրիչներ: These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Այս մակերևույթների ընդհանուր փորձարկումն է 500 ° C 15 րոպե:

Նիկելի օքսիդացումից խուսափելու համար ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելով/ոսկով ներծծված հարթ մակերեսների ունակությունը գնահատելու համար ուսումնասիրվել է ջերմաստիճանի տարիքի մակերեսների եռակցելիությունը: Different heat/humidity and time conditions were tested. Այս ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ նիկելը պատշաճ կերպով պաշտպանված է ոսկու լվացման միջոցով, ինչը թույլ է տալիս լավ եռակցելիություն երկար ծերացումից հետո:

Նիկելի տարածումը ոսկու նկատմամբ որոշ դեպքերում կարող է սահմանափակող գործոն լինել հավաքման համար, օրինակ `ոսկու ջերմալեզոն մետաղալարերի միացումը: Այս դիմումի մեջ նիկելի/ոսկու մակերեսը ավելի քիչ առաջադեմ է, քան նիկելի/պալադիումի/ոսկու մակերեսը: 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.

Նիկելի անագ միջածնային միացություն

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).

Աղյուսակ 4. PCB- ի նյութերի դիֆուզիվությունը եռակցման մեջ

Մետաղի ջերմաստիճանը ° C ցրվածություն (μinches/ SEC.)

Ոսկի 450 486 117.9 167.5

Պղինձ 450 525 4.1 7.0

Պալադիում 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Նիկել/ոսկի և անագ/կապար համակարգերում ոսկին անմիջապես լուծվում է չամրացված անագի մեջ: 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.Բադերի չափումները ցույց տվեցին, որ արգելքը պահպանելու համար պահանջվում էր ոչ ավելի, քան 0.5 մկմ նիկել, նույնիսկ ավելի քան վեց ջերմաստիճանային ցիկլերի միջոցով: In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

ծակոտկեն

Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելը/ոսկին վերջերս դարձել է ընդհանուր PCB մակերևույթի վերջնական ծածկույթ, ուստի արդյունաբերական ընթացակարգերը կարող են հարմար չլինել այս մակերեսի համար: Ազոտաթթվի գոլորշու գործընթացը հասանելի է էլեկտրոլիտիկ նիկելի/ոսկու ծակոտկենությունը ստուգելու համար, որն օգտագործվում է որպես խրոցակի միակցիչ (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9: Ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկել/ներծծումը չի անցնի այս փորձությունը: Հարթ մակերեսների հարաբերական ծակոտկենությունը որոշելու համար մշակվել է ծակոտկենության եվրոպական ստանդարտ, որը տրվում է մեկ քառակուսի միլիմետրի համար ծակոտկենների վրա (վրիպակներ /մմ 2): Լավ հարթ մակերեսը պետք է ունենա ավելի քան 10 անցք մեկ քառակուսի միլիմետրի վրա ՝ 100 x խոշորացման դեպքում:

ամփոփում

PCB արտադրական արդյունաբերությունը շահագրգռված է նվազեցնել տախտակի վրա նստած նիկելի քանակությունը `ծախսերի, ցիկլի տևողության և նյութերի համատեղելիության պատճառով: Նիկելի նվազագույն ճշգրտումը պետք է օգնի կանխել պղնձի տարածումը ոսկու մակերեսին, պահպանել եռակցման լավ ամրությունը և ցածր պահել շփման դիմադրությունը: Նիկելի առավելագույն ճշգրտումը պետք է թույլ տա ճկունություն ափսեների արտադրության մեջ, քանի որ խափանման ոչ մի լուրջ եղանակ կապված չէ նիկելի հաստ կուտակումների հետ:

Այսօրվա տպատախտակների նախագծերի մեծ մասի համար ոչ էլեկտրոլիտիկ նիկելի ծածկույթը `2.0 մկմ (80μinches), նվազագույն պահանջվող նիկելի հաստությունն է: Գործնականում, մի շարք նիկելային հաստություններ կօգտագործվեն PCB- ի արտադրամասում (Նկար 2): Նիկելի հաստության փոփոխությունը կհանգեցնի բաղնիքի քիմիական նյութերի հատկությունների փոփոխությանը և ավտոմատ բարձրացնող մեքենայի մնալու ժամանակի փոփոխությանը: Նվազագույն 2.0 մկմ ապահովելու համար վերջնական օգտագործողների բնութագրերը պետք է պահանջեն 3.5 μm, նվազագույնը 2.0µm, և առավելագույնը 8.0µm:

Նիկելի հաստության այս հստակ տեսականին հարմար է միլիոնավոր տպատախտակների արտադրության համար: Տեսականին համապատասխանում է այսօրվա էլեկտրոնիկայի եռակցման, պահպանման ժամկետի և կոնտակտային պահանջներին: Քանի որ հավաքման պահանջները տարբեր են մեկ արտադրանքից մյուսը, մակերևույթի ծածկույթները կարող են օպտիմիզացվել յուրաքանչյուր կոնկրետ կիրառման համար: