Үчүн акыркы жабуу процесси PCB өндүрүш акыркы жылдары олуттуу өзгөрүүлөргө дуушар болгон. Бул өзгөрүүлөр HASL (Hot air cohesion) чектөөлөрүн жана HASL альтернативаларынын санынын өсүшүнө болгон тынымсыз муктаждыктын натыйжасы.

Акыркы каптоо микросхеманын жез фольгасынын бетин коргоо үчүн колдонулат. Жез (Cu) – компоненттерди ширетүү үчүн жакшы бет, бирок оңой кычкылданат; Жездин оксиди ширетүүнүн нымдалышына тоскоол болот. Алтын (Au) азыр жезди жабуу үчүн колдонулганы менен, анткени алтын кычкылданбайт; Алтын менен жез бат тарайт жана бири -бирине сиңет. Ар кандай ачык жез бат эле ширетилбей турган жез оксидин пайда кылат. Бир ыкма – никель (Ni) “тоскоолдук катмарын” колдонуу, ал алтын менен жездин өтүшүнө жол бербейт жана компоненттерди чогултуу үчүн бышык, өткөргүч бетин камсыз кылат.

Электролиттик эмес никель каптоо үчүн PCB талаптары

Электролиттик эмес никель каптоо бир нече функцияларды аткарышы керек:

Алтын кенинин бети

Райондун түпкү максаты – ПХБ менен компоненттердин ортосунда жогорку физикалык күчкө жана жакшы электрдик мүнөздөмөлөргө ээ болгон байланышты түзүү. PCB бетинде кандайдыр бир оксид же булгануу бар болсо, бул ширетилген бирикме бүгүнкү алсыз агым менен пайда болбойт.

Алтын табигый түрдө никелдин үстүнө түшөт жана узак сактоодо кычкылданбайт. Бирок, алтын кычкылданган никелге чөкпөйт, андыктан никель ваннасы менен алтындын эришинин ортосунда никель таза бойдон калышы керек. Ошентип, никелдин биринчи талабы-кычкылтексиз, алтындын чөгүшүнө жол бергидей бойдон калуу. Компоненттер никелдик жаан -чачындын курамында 6 ~ 10% фосфорго жол берүү үчүн химиялык жуучу ванналарды иштеп чыгышкан. Электролиттик эмес никель каптоочу фосфордун мазмуну ваннаны башкаруу, оксид жана электрдик жана физикалык касиеттеринин кылдат балансы катары каралат.

катуулук

Электролиттик эмес никель менен капталган беттер физикалык күчтү талап кылган көптөгөн колдонмолордо колдонулат, мисалы, автомобилдик берүү подшипниктери. PCB талаптары бул тиркемелерге караганда анча катаал эмес, бирок белгилүү бир катуулук зым менен байланыш, сенсордук контакттар, коннектор коннекторлору жана иштетүүнүн туруктуулугу үчүн маанилүү.

Коргошунду бириктирүү никелдин катуулугун талап кылат. Коргошун чөкмөнү деформацияласа, сүрүлүүнүн жоголушу мүмкүн, бул коргошундун субстратка “ээришине” жардам берет. SEM сүрөттөрү жалпак никелдин/алтындын же никелдин/палладийдин (Pd)/алтындын бетине эч кандай кирүүнү көрсөткөн эмес.

Электрдик мүнөздөмөлөр

Жез – бул схеманы түзүү үчүн тандалган металл, анткени аны жасоо оңой. Жез дээрлик ар бир металлга караганда электр энергиясын жакшы өткөрөт (таблица 1) 1,2. Алтын ошондой эле жакшы электр өткөргүчтүгүнө ээ, бул эң сырткы металл үчүн идеалдуу тандоо, анткени электрондор өткөргүч маршруттун бетинде агат (“жер үстүндөгү” пайда).

Таблица 1. ПХБ металлынын каршылыгы

Жез 1.7 (анын ичинде Ω см

Алтын (анын ичинде 2.4 Ω см

Никель (анын ичинде 7.4 Ω см

Электролиттик эмес никель каптоо 55 ~ 90 µ ω см

Көпчүлүк өндүрүш плиталарынын электрдик мүнөздөмөлөрү никель катмарына таасир этпесе да, никель жогорку жыштыктагы сигналдардын электрдик өзгөчөлүктөрүнө таасирин тийгизет. Микротолкундуу ПХБ сигналынын жоголушу дизайнердин мүнөздөмөсүнөн ашып кетиши мүмкүн. Бул кубулуш никелдин калыңдыгына пропорционалдуу – схема ширетүүчү жерге жетүү үчүн никелден өтүшү керек. Көптөгөн колдонмолордо, 2.5 мкмден аз никель депозиттерин көрсөтүү менен, электрдик сигналдарды дизайн спецификациясына калыбына келтирүүгө болот.

Байланыш каршылыгы

Байланыш каршылыгы ширетүүдөн айырмаланат, анткени никелдин/алтындын бети акыркы продуктунун өмүрү бою байланбаган бойдон калат. Никель/алтын узак убакыт бою айлана -чөйрөгө тийгенден кийин тышкы контакт үчүн өткөргүч бойдон калууга тийиш. Антлердин 1970 -жылкы китеби никелдин/алтындын бети менен байланышуу талаптарын сандык түрдө билдирген. Ар кандай акыркы чөйрөлөр изилденди: 3 “65 ° C, бөлмө температурасында иштеген электрондук системалар үчүн нормалдуу максималдуу температура, мисалы компьютерлер; 125 ° C, универсалдуу коннекторлор иштеши керек болгон температура, көбүнчө аскердик колдонмолор үчүн көрсөтүлгөн; 200 ° C, бул температура учуучу жабдыктар үчүн барган сайын маанилүү болуп баратат. “

Төмөн температура үчүн никель тосмолору талап кылынбайт. Температура жогорулаган сайын никелдин/алтындын өтүшүн алдын алуу үчүн керектүү никелдин көлөмү көбөйөт (II таблица).

Таблица 2. Никель/алтындын каршылыгы (1000 саат)

Никель тоскоолдук катмары канааттандырарлык байланыш 65 ° С канааттандырарлык байланыш 125 ° С канааттандырарлык байланыш 200 ° С

0.0 мкм 100% 40% 0%

0.5 мкм 100% 90% 5%

2.0 мкм 100% 100% 10%

4.0 мкм 100% 100% 60%

Антлердин изилдөөсүндө колдонулган никель электродалган. Бодранд 4 тастыктагандай, электролит эмес никелден жакшыртуу күтүлүүдө. Бирок, бул жыйынтыктар 0.5 мкм алтынга тиешелүү, мында учак адатта 0.2 мкм чөгөт. Учак 125 ° Cде иштеген контакт элементтери үчүн жетиштүү деп божомолдоого болот, бирок жогорку температура элементтери атайын тестирлөөнү талап кылат.

“Никель канчалык калың болсо, тоскоолдук ошончолук жакшы болот, – дейт Антлер, – бирок ПХБ өндүрүшүнүн реалдуулугу инженерлерди никелди керектүү өлчөмдө сактоого үндөйт. Жалпак никель/алтын азыр сенсордук байланыш түйүндөрүн колдонгон уюлдук телефондордо жана пейджерлерде колдонулат. Элементтин бул түрүнүн спецификациясы 2 мкм никелден кем эмес.

Туташтыргычы

Электролиттик эмес никель/алтынга чөмүлүү пружина менен пресстелген, төмөн басымдуу жылма жана башка ширетилбеген бириктиргичтери бар электр такталарын жасоодо колдонулат.

Плагин туташтыргычтары узак физикалык чыдамкайлыкты талап кылат. Мындай учурларда электролит эмес никель жабуулары PCB колдонмолору үчүн жетишерлик күчтүү, бирок алтынга чөмүлүү андай эмес. Абдан жука таза алтын (60-90 Knoop) кайталап сүрүлүүдө никелден сүрүлүп чыгат. Алтынды алып салганда, ачык никель тез кычкылданат, натыйжада контакт каршылыгы жогорулайт.

Электролиттик эмес никель каптоо/алтынга чөмүлүү продукттун өмүрү бою бир нече жолу киргизилген чыдамдуу плагин туташтыргычтары үчүн эң жакшы тандоо болбошу мүмкүн. Никель/палладий/алтын беттери көп максаттуу туташтыргычтар үчүн сунушталат.

Тосмо катмар

Электролиттик эмес никель табакта үч тоскоолдук катмардын функциясын аткарат: 1) жездин алтынга таралышын алдын алуу үчүн; 2) Алтындын никелге таралышын болтурбоо үчүн; 3) Ni3Sn4 металл аралык бирикмелерден түзүлгөн никелдин булагы.

Жездин никелге таралышы

Жездин никель аркылуу өтүшү жездин үстүңкү алтынга ажырашына алып келет. Жез тез кычкылданат, жыйынтыгында ширетүү начарлайт, бул никелдин агып кетишинде пайда болот. Никель сактоо учурунда жана тарелканын башка жерлери ширетилгенде бош плиталардын миграциясын жана таралышын алдын алуу үчүн керек. Ошондуктан, тосмо катмарынын температурасы 250 ° Сден төмөн бир мүнөткө жетпейт.

Turn жана Owen6 ар кандай тосмо катмарларынын жез менен алтынга тийгизген таасирин изилдешкен. Алар табышкан: “… 400 ° C жана 550 ° C жез өткөрүмдүүлүк баалуулуктарын салыштыруу, фосфордун курамы 8-10% болгон алты валенттүү хром менен никелдин эң эффективдүү тоскоолдук катмары экенин көрсөтөт. (3 -таблица).

Таблица 3. Жездин никель аркылуу алтынга өтүшү

Никелдин калыңдыгы 400 ° C 24 саат 400 ° C 53 саат 550 ° C 12 саат

0.25 мкм 1 мик 12 мкм 18 мик

0.50 мкм 1 мик 6 мкм 15 мик

1.00 мкм 1 мик 1 мкм 8 мик

2.00 мкм Диффузия эмес диффузия

Аррениус теңдемесине ылайык, төмөнкү температурада диффузия геометриялык жактан жайыраак болот. Кызыгы, бул экспериментте электролиттик эмес никель электродалган никелден 2-10 эсе эффективдүү болгон. Бурулуп, Оуэн белгилешет: “… Бул эритменин (8%) 2µm (80µinch) тосмосу жездин таралышын анча маанилүү эмес деңгээлге түшүрөт. “

Бул экстремалдык температура сынагынан, никелдин калыңдыгы кеминде 2 мкм коопсуз спецификация болуп саналат.

Никелдин алтынга таралышы

Электролиттик эмес никелдин экинчи талабы-никелдин алтын менен сиңирилген “дандар” же “майда тешиктер” аркылуу миграцияланбашы. Эгер никель абага тийсе, ал кычкылданат. Никель оксиди сатылбайт жана аны флюс менен алып салуу кыйын.

Керамикалык чип ташуучулар катары колдонулган никель жана алтын боюнча бир нече макалалар бар. Бул материалдар узакка монтаждын өтө температурасына туруштук берет. Бул беттер үчүн жалпы тест 500 ° C 15 мүнөт.

Никель кычкылдануунун алдын алуу үчүн жалпак электролиттик эмес никелдин/алтынга сиңирилген беттердин жөндөмдүүлүгүн баалоо үчүн, температурасы улгайган беттердин ширетилиштери изилденген. Ар кандай жылуулук/нымдуулук жана убакыт шарттары сыналган. Бул изилдөөлөр көрсөткөндөй, никель алтынды эритүү менен адекваттуу түрдө корголгон жана узак картаюудан кийин жакшы ширетүүгө мүмкүндүк берет.

Никелдин алтынга таралышы кээ бир учурларда монтаждоонун чектөөчү фактору болушу мүмкүн, мисалы, алтын термалсондук зым менен байланыш. Бул колдонмодо никель/алтын бети никель/палладий/алтын бетине караганда азыраак өнүккөн. Яковангело палладийдин никель менен алтындын ортосундагы тоскоолдук катмары катары диффузиялык касиеттерин изилдеп, 0.5 мкм палладий экстремалдык температурада да миграциянын алдын аларын аныктады. Бул изилдөө ошондой эле 2.5 м С температурада 15 мүнөттүн ичинде Auger спектроскопиясы менен аныкталган 500 мкм никель/палладий аркылуу жездин диффузиясы болбогонун көрсөттү.

Никель калай гендер аралык кошулма

Жер үстүнө орнотуу же толкун менен ширетүү учурунда, ПХБ бетиндеги атомдор металлдын таралыш касиетине жана “интерметалл аралашмаларын” пайда кылуу жөндөмүнө жараша, ширетүүчү атомдор менен аралаштырылат (4 -таблица).

Таблица 4. Ширетүүдө ПХБ материалдарынын таралышы

Металлдын температурасы ° C диффузиясы (мкч/ СЕК.)

Алтын 450 486 117.9 167.5

Жез 450 525 4.1 7.0

Палладий 450 525 1.4 6.2

Никель 700 1.7

Никель/алтын жана калай/коргошун системаларында алтын дароо бош калай болуп ээрийт. Лайк Ni3Sn4 интерметаллдык бирикмелерди түзүү менен негизги никелге күчтүү тиркемени түзөт. Жеткирүүчү жездин астына жетпеши үчүн жетиштүү никелди коюу керек.Бадердин өлчөөлөрү тоскоолдукту сактоо үчүн 0.5 мкм ашпаган никель талап кылынарын, ал тургай алтыдан ашык температура циклдеринен өткөнүн көрсөттү. Чынында, байкалган максималдуу интерметалл катмарынын калыңдыгы 0.5µm (20µinch) аз.

майда тешиктүү

Электролиттик эмес никель/алтын жакында эле жалпы ПХБнын үстүңкү катмарына айланды, андыктан өндүрүштүк процедуралар бул бетке ылайык келбеши мүмкүн. Азот кислотасынын буу процесси плагин туташтыргычы катары колдонулган электролитикалык никелдин/алтындын көзөнөктүүлүгүн текшерүү үчүн жеткиликтүү (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Электролиттик эмес никель/импрегнация бул сыноодон өтпөйт. Калий феррицианидинин жардамы менен жалпак беттердин тешикчелигин аныктоо үчүн европалык тешик стандарты иштелип чыккан, бул миллиметрдин чарчы миллиметрине (каталар /мм2) карата берилген. Жакшы тегиз бет 10 чарчы миллиметрде 100 тешиктен аз болушу керек.

жыйынтыктоо

PCB өндүрүш тармагы наркына, циклине жана материалдык шайкештигине байланыштуу тактага салынган никелдин көлөмүн азайтууга кызыкдар. Минималдуу никель спецификасы жездин алтын бетине таралышын болтурбоого, жакшы ширетүү күчүн сактоого жана контакт каршылыгын төмөн сактоого жардам бериши керек. Максималдуу никель спецификациясы пластиналарды чыгарууда ийкемдүүлүккө жол бериши керек, анткени эч кандай олуттуу режимдер калың никель кендери менен байланышкан эмес.

Бүгүнкү схемалардын көпчүлүгү үчүн, 2.0мм (80мч) электролитсиз никель каптоо талап кылынган минималдуу никелдин калыңдыгы болуп саналат. Иш жүзүндө, никелдин жоондугунун диапазону ПХБнын өндүрүш партиясында колдонулат (Figure 2). Никелдин калыңдыгынын өзгөрүшү ваннанын химиялык заттарынын касиеттеринин өзгөрүшүнөн жана автоматтык көтөрүүчү машинанын жашоо убактысынын өзгөрүшүнөн келип чыгат. Минималдуу 2.0 мкм камсыз кылуу үчүн, акыркы колдонуучулардын спецификациясы 3.5 мкм, минимум 2.0 мкм жана максимум 8.0 мкм талап кылышы керек.

Бул никелдин жоондугунун диапазону миллиондогон схемаларды өндүрүү үчүн ылайыктуу болуп чыкты. Ассортимент азыркы электрониканын ширетүү жөндөмүнө, сактоо мөөнөтүнө жана байланыш талаптарына жооп берет. Чогултуу талаптары бир продукттан экинчисине айырмаланып тургандыктан, ар бир конкреттүү колдонууга бет каптоо оптималдаштырылышы мүмкүн.