Síðasta húðunarferlið fyrir PCB framleiðsla hefur tekið miklum breytingum á undanförnum árum. 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.

Endanleg húðun er notuð til að vernda yfirborð koparþynnunnar. Kopar (Cu) er gott yfirborð fyrir suðuhluta en oxast auðveldlega; Koparoxíð hindrar bleytingu lóða. Þó að gull (Au) sé nú notað til að hylja kopar, því gull oxar ekki; Gull og kopar dreifast fljótt og gegnsýra hvert annað. Allir útsettir kopar mynda fljótt ósuðulegt koparoxíð. Ein aðferðin er að nota nikkel (Ni) „hindrunarlag“ sem kemur í veg fyrir að gull og kopar flytjist og veitir varanlegt, leiðandi yfirborð fyrir samsetningu íhluta.

PCB kröfur fyrir raflausn nikkelhúð

The non-electrolytic nickel coating should perform several functions:

Yfirborð gullfellingar

Endanlegur tilgangur hringrásarinnar er að mynda tengingu með miklum líkamlegum styrk og góðum rafmagnseiginleikum milli PCB og íhluta. Ef það er oxíð eða mengun á PCB -yfirborðinu myndi þessi soðna samskeyti ekki eiga sér stað með veikri straum í dag.

Gull leggst náttúrulega ofan á nikkel og oxast ekki við langa geymslu. Hins vegar sest gullið ekki á oxaða nikkelið, þannig að nikkelið verður að vera hreint milli nikkelbaðsins og upplausnar gullsins. 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.

hörku

Non-rafgreining nikkelhúðuð yfirborð eru notuð í mörgum forritum sem krefjast líkamlegs styrks, svo sem gírkassa í bíla. Kröfur á PCB eru mun strangari en kröfur fyrir þessi forrit, en ákveðin hörku er mikilvæg fyrir vírbindingu, snertiflötartengi, brúnstengi og vinnslu sjálfbærni.

Blýtenging krefst nikkelharðleika. Núningstap getur átt sér stað ef blýið aflagar botnfallið, sem hjálpar blýinu að „bráðna“ í undirlagið. SEM myndir sýndu ekki skarpskyggni inn í yfirborð flats nikkel/gulls eða nikkel/palladíums (Pd)/gulls.

Rafmagns einkenni

Kopar er málmurinn sem er valinn fyrir hringrásarmyndun vegna þess að það er auðvelt að búa til. Kopar leiðir rafmagn betur en næstum hver málmur (tafla 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

Kopar 1.7 (að meðtöldum Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Non-rafgreining nikkelhúð 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. Örbylgju PCB merkjatap getur farið yfir forskriftir hönnuða. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Í mörgum forritum er hægt að endurskipuleggja rafmerki í hönnunarforskriftinni með því að tilgreina nikkelinnstæður sem eru minni en 2.5 míkrómetrar.

Hafðu samband viðnám

Snertiviðnám er frábrugðið suðuhæfni vegna þess að yfirborð nikkel/gulls er áfram soðið alla ævi lokaafurðarinnar. Nikkel/gull verður að vera leiðandi fyrir utanaðkomandi snertingu eftir langvarandi umhverfisáhrif. 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, hitastigið sem alhliða tengi verða að starfa við, oft tilgreint fyrir hernaðarleg forrit; 200 ° C, hitastigið verður sífellt mikilvægara fyrir flugbúnað. “

Við lágan hita er ekki krafist nikkelhindrana. Þegar hitastigið eykst eykst magn nikkel sem þarf til að koma í veg fyrir flutning nikkel/gulls (tafla II).

Tafla 2. Snertiviðnám nikkel/gulls (1000 klukkustundir)

Nikkelhindrunarlag fullnægjandi snerting við 65 ° C fullnægjandi snerting við 125 ° C fullnægjandi snerting við 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%

Nikkelið sem notað var í rannsókn Antler var rafhúðuð. Búist er við endurbótum á nikkellausu, eins og Baudrand 4 staðfestir. Hins vegar eru þessar niðurstöður fyrir 0.5 míkrómetra gull, þar sem planið fellur venjulega út 0.2 míkrómetra. Álykta má að flugvélin sé nægjanleg fyrir snertiflötur sem starfa við 125 ° C, en þættir með hærri hita þurfa sérstaka prófun.

„Því þykkari sem nikkelið er, því betra er hindrunin, í öllum tilfellum,“ bendir Antler á, „en raunveruleikinn í framleiðslu PCB hvetur verkfræðinga til að leggja eins mikið nikkel og þarf. Flat nikkel/gull er nú notað í farsímum og símaskrám sem nota snertipúða. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Tengið

Non-rafgreining nikkel/gull dýfa er notað við framleiðslu á hringrásartöflum með fjöðrun, þrýstingi, lágþrýstingsrennibúnaði og öðrum ósuðu tengjum.

Tengitengi þurfa lengri líkamlega endingu. Í þessum tilfellum eru ekki rafgreiningar nikkelhúðun nógu sterk fyrir PCB forrit en gulldýpkun er það ekki. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Þegar gullið er fjarlægt oxast óvarinn nikkel hratt og leiðir til aukinnar snertimótstöðu.

Non-rafgreining nikkelhúðun/gulldýfa er ef til vill ekki besti kosturinn fyrir tengitengi sem þola margar innsetningar alla ævi vörunnar. Mælt er með nikkel/palladíum/gullflötum fyrir fjölnota tengi.

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) Nikkel uppspretta myndað af Ni3Sn4 millimálssamböndum.

Dreifing kopars í nikkel

Flutningur kopars í gegnum nikkel mun leiða til niðurbrots kopars í yfirborðsgull. 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. Þess vegna er hitastigskröf hindrunarlagsins minna en ein mínúta undir 250 ° C.

Turn og Owen6 hafa rannsakað áhrif mismunandi hindrunarlaga á kopar og gull. Þeir fundu að „… Samanburður á gegndræpi kopar við 400 ° C og 550 ° C sýnir að sexgild króm og nikkel með 8-10% fosfórinnihaldi eru áhrifaríkustu hindrunarlag sem rannsakað er “. (tafla 3).

Tafla 3. Nýting kopars í gegnum nikkel í gull

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. Athyglisvert er að í þessari tilraun var nikkel án rafgreiningar 2 til 10 sinnum skilvirkara en rafhúðuð nikkel. Turn og Owen benda á að „… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Frá þessari öfgahitaprófun er nikkelþykkt að minnsta kosti 2 µm örugg forskrift.

Dreifing nikkel í gull

Önnur krafan um raflausn nikkel er að nikkel flæðir ekki um „korn“ eða „fínt gat“ gegndreypt með gulli. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Það eru nokkrar greinar um nikkel og gull sem eru notaðar sem keramikflísberar. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Algeng próf fyrir þessa fleti er 500 ° C í 15 mínútur.

Til þess að leggja mat á getu flatra raflausna nikkel/gullhúðaðra yfirborða til að koma í veg fyrir oxun oxunar var suðuhæfni hitastigs eldra yfirborðs rannsökuð. Different heat/humidity and time conditions were tested. Þessar rannsóknir hafa sýnt að nikkel er nægjanlega varið með því að leka gulli, sem gerir góða suðuhæfni kleift eftir langa öldrun.

Dreifing nikkel í gull getur verið takmarkandi þáttur í samsetningu í sumum tilfellum, svo sem gullhitastærð vírbindingu. Í þessari umsókn er nikkel/gull yfirborðið minna þróað en nikkel/palladíum/gull yfirborðið. 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 tinn millifræðilegt efnasamband

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).

Tafla 4. Dreifing PCB efna í suðu

Málmhiti ° C dreifing (µinches/ SEC.)

Gull 450 486 117.9 167.5

Kopar 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Í nikkel/gulli og tini/blý kerfi leysist gullið strax upp í lausu tini. 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.Mælingar Bader sýndu að ekki var þörf fyrir meira en 0.5 míkró af nikkel til að viðhalda hindruninni, jafnvel í meira en sex hitastigshringrásum. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

porous

Non-rafgreining nikkel/gull hefur aðeins nýlega orðið algengt endanlegt PCB yfirborðshúð, þannig að iðnaðaraðferðir henta kannski ekki þessu yfirborði. Nítrónusýra gufuferli er fáanlegt til að prófa poru rafgreiningar nikkel/gulls sem notað er sem tengitengi (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Non-rafgreining nikkel/gegndreyping mun ekki standast þessa prófun. Evrópskur staðall fyrir porosity hefur verið þróaður með kalíum ferricyanide til að ákvarða hlutfallslega holu flata yfirborðs, sem er gefið upp með svitahola á fermetra millimetra (galla /mm2). Gott flatt yfirborð ætti að hafa færri en 10 holur á fermetra millimetra við 100 x stækkun.

Niðurstaða

PCB framleiðsluiðnaðurinn hefur áhuga á að minnka magn nikkel sem er lagt á borðið vegna kostnaðar, hringrásartíma og efnis eindrægni. Lágmarks nikkel forskrift ætti að hjálpa til við að koma í veg fyrir að kopar dreifist yfir á gullið yfirborð, viðhalda góðum suðustyrk og halda snertiviðnámi lágum. Hámarks nikkel forskrift ætti að leyfa sveigjanleika við plötuframleiðslu, þar sem engar alvarlegar bilanir eru tengdar þykkum nikkeluppfellingum.

Fyrir flestar hönnun hringrásar í dag er ekki rafgreining nikkelhúðar 2.0 míkrómetrar (80 in tommur) lágmarks nikkelþykkt sem krafist er. Í reynd verður svið nikkelþykktar notað á framleiðslulotu PCB (mynd 2). Breytingin á nikkelþykkt mun stafa af breytingu á eiginleikum baðefnaefna og breytingu á dvalartíma sjálfvirku lyftivélarinnar. Til að tryggja að lágmarki 2.0 míkró, ættu forskriftir frá endanotendum að þurfa 3.5 míkrómetra, að lágmarki 2.0 míkróma og að hámarki 8.0 míkró.

Þetta tiltekna svið nikkelþykktar hefur reynst hentugt til framleiðslu á milljón hringrásartöflum. Sviðið uppfyllir suðuhæfni, geymsluþol og snertiskröfur rafeindatækni í dag. Vegna þess að kröfur um samsetningu eru mismunandi frá einni vöru til annarrar, gæti þurft að fínstilla yfirborðshúð fyrir hvert tiltekið forrit.