Бүрхүүл хийх эцсийн үйл явц ПХБ-ийн Сүүлийн жилүүдэд үйлдвэрлэлд томоохон өөрчлөлт гарсан. 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.

Эцсийн бүрээсийг хэлхээний зэс тугалган цаасны гадаргууг хамгаалахад ашигладаг. Зэс (Cu) нь эд ангиудыг гагнахад тохиромжтой гадаргуу боловч амархан исэлддэг; Зэсийн исэл нь гагнуурыг норгоход саад болдог. Алт (Au) одоо зэсийг бүрхэхэд ашиглагддаг боловч алт исэлддэггүй тул; Алт, зэс хурдан тархаж, бие биедээ нэвт шингэх болно. Ил гарсан аливаа зэс хурдан гагнадаггүй зэсийн исэл үүсгэнэ. Нэг арга бол алт, зэсийг шилжүүлэхээс сэргийлж, эд анги угсрах бат бөх, дамжуулагч гадаргуутай никель (Ni) “хаалт давхарга” ашиглах явдал юм.

Электролит бус никель бүрэх ПХБ-ийн шаардлага

The non-electrolytic nickel coating should perform several functions:

Алтны орд газрын гадаргуу

Хэлхээний эцсийн зорилго нь ПХБ ба бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хооронд өндөр физик хүч чадал, сайн цахилгаан шинж чанартай холболт үүсгэх явдал юм. Хэрэв ПХБ -ийн гадаргуу дээр ямар нэгэн исэл, бохирдол байгаа бол өнөөгийн сул урсгалтай үед энэ гагнасан холболт үүсэхгүй.

Алт нь байгалийн жамаар никель дээр хуримтлагддаг бөгөөд удаан хадгалахад исэлддэггүй. However, the gold does not settle on the oxidized nickel, so the nickel must remain pure between the nickel bath and the dissolution of the gold. 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.

хатуулаг

Электролит бус никель бүрсэн гадаргууг автомашины дамжуулах холхивч гэх мэт физик хүч шаарддаг олон хэрэглээнд ашигладаг. ПХБ-ийн шаардлага нь эдгээр програмын шаардлагуудаас хамаагүй бага боловч утсыг холбох, мэдрэгчтэй хавтангийн контакт, ирмэгийн холбогч, боловсруулалтын тогтвортой байдалд тодорхой хатуулаг чухал байдаг.

Хар тугалга холбоход никелийн хатуулаг шаардагдана. Хэрэв тугалга нь тунадасыг гажуудуулж, хар тугалга нь субстрат руу “хайлахад” тусалдаг бол үрэлтийн алдагдал үүсч болно. SEM зургууд нь хавтгай никель/алт, никель/палладий (Pd)/алтны гадаргуу руу нэвтрээгүй болохыг харуулсан.

Цахилгаан шинж чанар

Зэс нь хэлхээг бий болгоход хялбар металл учраас сонгох металл юм. Зэс нь бараг бүх металлаас илүү сайн цахилгаан дамжуулдаг (хүснэгт 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

Зэс 1.7 (Ω см -ийг оруулаад)

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Электролит бус никель бүрэх 55 ~ 90 µ ω см

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. Бичил долгионы ПХБ -ийн дохионы алдагдал нь дизайнерын үзүүлэлтээс давж болно. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Олон хэрэглээнд 2.5 мкм -ээс бага хэмжээтэй никелийн ордуудыг зааж өгснөөр цахилгаан дохиог дизайны тодорхойлолтод сэргээж болно.

Эсэргүүцэл холбоо барих

Никель/алтны гадаргуу нь эцсийн бүтээгдэхүүний амьдралын туршид гагнаагүй хэвээр байх тул холбоо барих эсэргүүцэл нь гагнах чадвараас ялгаатай. Никель/алт нь байгаль орчинд удаан хугацаагаар өртсөний дараа гадны холбоо барихад дамжуулагч хэвээр байх ёстой. 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, бүх нийтийн холбогч ажиллах ёстой температур, ихэвчлэн цэргийн зориулалтаар тодорхойлогддог; 200°C, that temperature is becoming more and more important for flying equipment.”

Бага температурт никель хаалт хийх шаардлагагүй. As the temperature increases, the amount of nickel required to prevent nickel/gold transfer increases (Table II).

Хүснэгт 2. Никель/алтны холбоо барих эсэргүүцэл (1000 цаг)

Никель хаалтны давхарга 65 ° С -т хангагдсан контакт 125 ° С -т ханасан контакт 200 ° С -т ханасан контакт

0.0 микрон 100% 40% 0%

0.5 микрон 100% 90% 5%

2.0 микрон 100% 100% 10%

4.0 микрон 100% 100% 60%

Антлерийн судалгаанд ашигласан никель нь цахилгаан бүрсэн байв. Бодранд 4-ийн баталснаар электролитийн бус никельээс сайжруулалт гарах төлөвтэй байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр үр дүн нь 0.5 микрон алтны хувьд бөгөөд онгоц нь ихэвчлэн 0.2 микрон тунадас үүсгэдэг. Онгоцыг 125 ° С -т ажилладаг контакт элементүүдэд хангалттай гэж дүгнэж болох боловч илүү өндөр температурын элементүүдэд тусгай туршилт шаардлагатай болно.

Антлер хэлэхдээ “Никель зузаан байх тусам саад тотгор илүү сайн байх болно, гэхдээ ПХБ -ийн үйлдвэрлэлийн бодит байдал нь инженерүүдийг шаардлагатай хэмжээгээр л никель оруулахыг дэмждэг. Flat nickel/gold is now used in cellular phones and pagers that use touch-pad contact points. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Холбогч

Электролит бус никель/алтаар дүрэх нь хавар бэхлэх, дарах, нам даралтын гулсах болон бусад гагнаагүй холбогч бүхий хэлхээний самбар үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг.

Залгуурын холбогч нь урт хугацааны физик бат бөх чанарыг шаарддаг. Эдгээр тохиолдолд электролит бус никель бүрээс нь ПХБ-ийн хэрэглээнд хангалттай хүчтэй байдаг боловч алтанд дүрэх нь тийм ч сайн биш юм. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Алтыг зайлуулах үед ил гарсан никель хурдан исэлддэг бөгөөд ингэснээр холбоо барих эсэргүүцэл нэмэгддэг.

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. Никель/палладий/алтан гадаргууг олон зориулалттай холбогчдод ашиглахыг зөвлөж байна.

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 металл хоорондын нэгдлээс үүссэн никелийн эх үүсвэр.

Зэсээс никель хүртэл тархах

Зэсийг никельээр дамжуулснаар зэсийн гадаргуугийн алт руу задрах болно. 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. Тиймээс хаалт давхаргын температурын шаардлага 250 ° С -аас доош нэг минут хүрэхгүй байна.

Turn ба Owen6 нар янз бүрийн хаалтны давхаргууд зэс, алтанд хэрхэн нөлөөлж байгааг судалсан байна. Тэд олж мэдсэн “… Зэсийн нэвчилтийг 400 ° С ба 550 ° С температурт харьцуулж үзэхэд 8-10% фосфор агуулсан зургаан талт хром, никель нь судлагдсан хамгийн үр дүнтэй саад тотгор юм. (хүснэгт 3).

Хүснэгт 3. Зэсийг никельээр дамжуулж алт руу нэвтрүүлэх

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 мкм Тархалтгүй тархалт бус тархалт

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Сонирхолтой нь энэхүү туршилтаар электролит бус никель нь цахилгаан бүрсэн никельтэй харьцуулахад 2-10 дахин илүү үр ашигтай байжээ. Turn and Owen point out that “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Энэхүү эрс тэс температурын туршилтаас үзэхэд никелийн зузаан нь дор хаяж 2 микрон байх нь аюулгүй үзүүлэлт юм.

Никель алт руу тархсан

Электролит бус никелийн хоёрдахь шаардлага бол никель нь алтаар шингэсэн “үр тариа” эсвэл “нарийн нүх” -ээр дамждаггүй. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Керамик чип тээвэрлэгч болгон ашигладаг никель, алтны талаар хэд хэдэн нийтлэл байдаг. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Эдгээр гадаргуугийн нийтлэг туршилт нь 500 минутын турш 15 ° C байна.

Цахилгаан бус никель/алтаар шингэсэн хавтгай гадаргуугийн никелийн исэлдэлтээс урьдчилан сэргийлэх чадварыг үнэлэхийн тулд температурын насжилттай гадаргуугийн гагнах чадварыг судалсан болно. Different heat/humidity and time conditions were tested. Эдгээр судалгаагаар никель нь алтыг уусгах замаар хангалттай хамгаалагдсан байдаг бөгөөд энэ нь удаан хөгшрөлтийн дараа сайн гагнах боломжийг олгодог.

Алт руу никель тархах нь зарим тохиолдолд угсрахад хязгаарлагч хүчин зүйл болдог, жишээлбэл алтан термалсон утас холбох. Энэхүү аппликейшнд никель/алтны гадаргуу нь никель/палладий/алтны гадаргуугаас бага дэвшилттэй байдаг. 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.

Никель цагаан тугалга нь төрөл хоорондын нэгдэл юм

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).

Хүснэгт 4. ПХБ -ийн материалын гагнуур дахь сарнисан байдал

Металлын температур ° C сарнисан байдал (µinches/ SEC.)

Алт 450 486 117.9 167.5

Зэс 450 525 4.1 7.0

Палладий 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Никель/алт, цагаан тугалга/хар тугалганы системд алт нэн даруй сул цагаан тугалга болон уусдаг. 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.Бадерын хэмжилтээс үзэхэд 0.5 -аас дээш температурын циклээр ч гэсэн саадыг хадгалахын тулд XNUMX микрон никель шаардагдахгүй. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

сүвэрхэг

Электролит бус никель/алт нь саяхан ПХБ-ийн гадаргуугийн нийтлэг бүрхүүл болсон тул үйлдвэрлэлийн гадаргуу нь энэ гадаргуу дээр тохирохгүй байж магадгүй юм. Азотын хүчлийн уурын процессыг залгуур холбогч болгон ашигладаг электролитик никель/алтны сүвэрхэг чанарыг шалгах боломжтой (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Электролит бус никель/шингээлт нь энэ туршилтыг давахгүй. Хавтгай гадаргуугийн харьцангуй сүвэрхэг чанарыг тодорхойлохын тулд кали феррицианидыг ашиглан Европын сүвэрхэг байдлын стандартыг боловсруулсан бөгөөд үүнийг квадрат миллиметр тутамд нүх сүвээр (алдаанууд /мм2) өгдөг. Сайн хавтгай гадаргуу нь 10 х томруулах үед квадрат миллиметр тутамд 100 -аас цөөн нүхтэй байх ёстой.

дүгнэлт

ПХБ -ийн үйлдвэрлэлийн салбар нь зардал, мөчлөгийн хугацаа, материалын нийцтэй байдлын улмаас самбар дээр хадгалуулсан никелийн хэмжээг бууруулах сонирхолтой байдаг. Никелийн хамгийн бага үзүүлэлт нь алтны гадаргуу дээр зэс тархахаас сэргийлж, гагнуурын бат бэх чанарыг хадгалж, холбоо барих эсэргүүцлийг бага байлгах ёстой. Никелийн хамгийн дээд үзүүлэлт нь хавтанг үйлдвэрлэх уян хатан байдлыг хангах ёстой.

Орчин үеийн ихэнх хэлхээний самбаруудын хувьд 2.0мм (80мм) -ийн электролитик бус никель бүрэх нь никелийн хамгийн бага зузаантай байх ёстой. Практик дээр ПХБ -ийн үйлдвэрлэлийн талбайд никелийн зузаантай хэд хэдэн хэсгийг ашиглах болно (Зураг 2). Никелийн зузаан өөрчлөгдөх нь угаалгын өрөөний химийн бодисын шинж чанар, автомат өргөх машины оршин суух хугацаа өөрчлөгдсөнтэй холбоотой юм. Хамгийн багадаа 2.0µm байхын тулд эцсийн хэрэглэгчдийн техникийн үзүүлэлтэд 3.5µm, хамгийн багадаа 2.0µm, хамгийн ихдээ 8.0µm байх шаардлагатай.

This specified range of nickel thickness has proved suitable for the production of millions of circuit boards. Энэхүү хүрээ нь өнөөгийн электроникийн гагнах чадвар, хадгалах хугацаа, холбоо барих шаардлагыг хангаж өгдөг. Нэг бүтээгдэхүүнээс нөгөөдөх угсрах шаардлага өөр өөр байдаг тул тусгай хэрэглээ бүрийн хувьд гадаргуугийн өнгөлгөөг оновчтой болгох шаардлагатай болдог.