साठी अंतिम कोटिंग प्रक्रिया पीसीबी अलिकडच्या वर्षांत उत्पादन क्षेत्रात महत्त्वपूर्ण बदल झाले आहेत. 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.

अंतिम कोटिंगचा वापर सर्किट कॉपर फॉइलच्या पृष्ठभागाच्या संरक्षणासाठी केला जातो. तांबे (क्यू) वेल्डिंग घटकांसाठी एक चांगला पृष्ठभाग आहे, परंतु सहजपणे ऑक्सिडाइझ केले जाते; कॉपर ऑक्साईड सोल्डरच्या आर्द्रतेला अडथळा आणतो. जरी सोने (Au) आता तांबे झाकण्यासाठी वापरले जाते, कारण सोन्याचे ऑक्सिडीकरण होत नाही; सोने आणि तांबे पटकन पसरतात आणि एकमेकांमध्ये झिरपतात. कोणताही उघड तांबे त्वरीत नॉन-वेल्डेबल कॉपर ऑक्साईड तयार करेल. निकेल (नी) “अडथळा थर” वापरणे हा एक दृष्टीकोन आहे जो सोने आणि तांबे हस्तांतरित होण्यापासून प्रतिबंधित करतो आणि घटक संमेलनासाठी टिकाऊ, प्रवाहकीय पृष्ठभाग प्रदान करतो.

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंगसाठी पीसीबी आवश्यकता

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंगने अनेक कार्ये केली पाहिजेत:

सोन्याच्या ठेवीची पृष्ठभाग

सर्किटचा अंतिम उद्देश उच्च शारीरिक शक्ती आणि पीसीबी आणि घटकांमधील चांगल्या विद्युत वैशिष्ट्यांसह कनेक्शन तयार करणे आहे. पीसीबीच्या पृष्ठभागावर कोणतेही ऑक्साईड किंवा दूषितता असल्यास, हे वेल्डेड संयुक्त आजच्या कमकुवत प्रवाहाने होणार नाही.

सोने निकेलच्या वर नैसर्गिकरित्या जमा होते आणि दीर्घ साठवणी दरम्यान ऑक्सिडीझ होत नाही. तथापि, सोने ऑक्सिडाइज्ड निकेलवर स्थिरावत नाही, म्हणून निकेल बाथ आणि सोन्याच्या विघटन दरम्यान निकल शुद्ध असणे आवश्यक आहे. 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. नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंगमधील हे फॉस्फरस सामग्री बाथ कंट्रोल, ऑक्साईड आणि इलेक्ट्रिकल आणि फिजिकल प्रॉपर्टीजचे काळजीपूर्वक संतुलन मानले जाते.

कठीण

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल लेपित पृष्ठभाग अनेक अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात ज्यांना शारीरिक शक्ती आवश्यक असते, जसे की ऑटोमोटिव्ह ट्रांसमिशन बीयरिंग्ज. पीसीबी आवश्यकता या अनुप्रयोगांच्या तुलनेत खूपच कमी कडक आहेत, परंतु वायर-बाँडिंग, टचपॅड कॉन्टॅक्ट्स, एज-कनेक्टर कनेक्टर आणि प्रोसेसिंग टिकाऊपणासाठी विशिष्ट कठोरता महत्त्वाची आहे.

लीड बाँडिंगसाठी निकेल कडकपणा आवश्यक आहे. जर शिसे पर्जन्य विकृत करते तर घर्षण कमी होऊ शकते, ज्यामुळे लीड सब्सट्रेटमध्ये “वितळण्यास” मदत होते. एसईएम प्रतिमांनी सपाट निकेल/सोने किंवा निकेल/पॅलेडियम (पीडी)/सोन्याच्या पृष्ठभागामध्ये कोणताही प्रवेश दर्शविला नाही.

विद्युत वैशिष्ट्ये

सर्किट निर्मितीसाठी तांबे हा निवडीचा धातू आहे कारण ते बनवणे सोपे आहे. तांबे जवळजवळ प्रत्येक धातू (तक्ता 1) 1,2 पेक्षा अधिक चांगले विद्युत चालवते. 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

तांबे 1.7 (Ω सेमीसह

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंग 55 ~ 90 µ ω सेमी

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. मायक्रोवेव्ह पीसीबी सिग्नल तोटा डिझायनर वैशिष्ट्यांपेक्षा जास्त असू शकतो. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. बर्‍याच अनुप्रयोगांमध्ये, इलेक्ट्रिकल सिग्नल 2.5µm पेक्षा कमी निकेल ठेवी निर्दिष्ट करून डिझाइन स्पेसिफिकेशनमध्ये पुनर्संचयित केले जाऊ शकतात.

संपर्क प्रतिकार

संपर्क प्रतिकार वेल्डेबिलिटीपेक्षा वेगळा आहे कारण निकेल/सोन्याचा पृष्ठभाग अंतिम उत्पादनाच्या संपूर्ण आयुष्यात अबाधित राहतो. दीर्घकाळापर्यंत पर्यावरणाच्या संपर्कात आल्यानंतर निकेल/सोने बाह्य संपर्कासाठी वाहक राहिले पाहिजे. 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 डिग्री सेल्सियस, ज्या तापमानावर युनिव्हर्सल कनेक्टर चालणे आवश्यक आहे, बहुतेक वेळा लष्करी अनुप्रयोगांसाठी निर्दिष्ट केले जाते; 200 डिग्री सेल्सियस, ते तापमान उड्डाण उपकरणासाठी अधिकाधिक महत्वाचे होत आहे. ”

कमी तापमानासाठी, निकेल अडथळे आवश्यक नाहीत. जसजसे तापमान वाढते, निकेल/सोने हस्तांतरण रोखण्यासाठी आवश्यक निकेलचे प्रमाण वाढते (तक्ता II).

तक्ता 2. निकेल/सोन्याचा संपर्क प्रतिकार (1000 तास)

निकेल बॅरियर लेयर 65 ° C वर समाधानकारक संपर्क 125 ° C वर समाधानकारक संपर्क 200 ° C वर समाधानकारक संपर्क

0.0 µm 100% 40% 0%

0.5 µm 100% 90% 5%

2.0 µm 100% 100% 10%

4.0 µm 100% 100% 60%

अँटलरच्या अभ्यासामध्ये वापरलेले निकेल इलेक्ट्रोप्लेटेड होते. बॉडरँड 4 द्वारे पुष्टी केल्याप्रमाणे, नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेलमधून सुधारणा अपेक्षित आहेत. तथापि, हे परिणाम 0.5 µm सोन्यासाठी आहेत, जेथे विमान सामान्यतः 0.2 µm वर येते. 125 डिग्री सेल्सियसवर कार्यरत असलेल्या संपर्क घटकांसाठी विमान पुरेसे असल्याचे अनुमान काढले जाऊ शकते, परंतु उच्च तापमान घटकांना विशेष चाचणीची आवश्यकता असेल.

अँटलर सुचवतात, “निकेल जितके जाड असेल तितके चांगले अडथळा,” परंतु पीसीबी निर्मितीची वास्तविकता अभियंत्यांना आवश्यक तितके निकेल जमा करण्यास प्रोत्साहित करते. सपाट निकल/सोन्याचा वापर आता सेल्युलर फोन आणि पेजरमध्ये केला जातो जे टच-पॅड संपर्क बिंदू वापरतात. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

कनेक्टर

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल/गोल्ड विसर्जन सर्किट बोर्डच्या निर्मितीमध्ये स्प्रिंग फिट, प्रेस-फिट, लो-प्रेशर स्लाइडिंग आणि इतर नॉन-वेल्डेड कनेक्टरसह वापरले जाते.

प्लग-इन कनेक्टरना जास्त शारीरिक टिकाऊपणा आवश्यक असतो. या प्रकरणांमध्ये, नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंग्स पीसीबी अनुप्रयोगांसाठी पुरेसे मजबूत आहेत, परंतु सोन्याचे विसर्जन नाही. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. जेव्हा सोने काढून टाकले जाते, तेव्हा उघड निकेल वेगाने ऑक्सिडायझ होते, परिणामी संपर्क प्रतिकार वाढतो.

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंग/सोन्याचे विसर्जन प्लग-इन कनेक्टरसाठी सर्वोत्तम पर्याय असू शकत नाही जे उत्पादनाच्या संपूर्ण आयुष्यात अनेक आवेषण सहन करतात. बहुउद्देशीय कनेक्टरसाठी निकेल/पॅलेडियम/गोल्ड पृष्ठभागांची शिफारस केली जाते.

The barrier layer

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल प्लेटवर तीन अडथळा थरांचे कार्य करते: 1) तांबे ते सोन्याचा प्रसार रोखण्यासाठी; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Ni3Sn4 इंटरमेटेलिक यौगिकांद्वारे तयार झालेल्या निकेलचा स्रोत.

तांबे ते निकेलचा प्रसार

निकेलद्वारे तांबे हस्तांतरित केल्याने तांबे पृष्ठभागावरील सोन्यामध्ये विघटित होईल. 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. म्हणून, अडथळ्याच्या थराची तापमान आवश्यकता 250 डिग्री सेल्सियसपेक्षा कमी एका मिनिटापेक्षा कमी आहे.

टर्न आणि ओवेन 6 ने तांबे आणि सोन्यावर वेगवेगळ्या अडथळ्याच्या थरांचा प्रभाव अभ्यासला आहे. त्यांना आढळले की “… 400 डिग्री सेल्सियस आणि 550 डिग्री सेल्सियस तांबे पारगम्यता मूल्यांची तुलना हे दर्शवते की 8-10% फॉस्फरस सामग्रीसह हेक्साव्हॅलेंट क्रोमियम आणि निकेल हे सर्वात प्रभावी अडथळा स्तर आहेत “. (टेबल 3).

तक्ता 3. सोन्यापासून निकेलद्वारे तांबे आत प्रवेश करणे

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 m नॉन-डिफ्यूजन नॉन-डिफ्यूजन नॉन-डिफ्यूजन

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. विशेष म्हणजे या प्रयोगात इलेक्ट्रोप्लाटेड निकेलपेक्षा 2 ते 10 पट अधिक कार्यक्षम नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल होते. वळा आणि ओवेन सांगतात की “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

या अत्यंत तापमान चाचणीपासून, किमान 2µm ची निकेल जाडी एक सुरक्षित तपशील आहे.

सोन्यापासून निकेलचा प्रसार

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेलची दुसरी आवश्यकता अशी आहे की निकेल “धान्य” किंवा “बारीक छिद्रे” द्वारे सोन्याने गर्भवती होत नाही. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

सिरेमिक चिप वाहक म्हणून निकेल आणि सोन्याचे अनेक लेख आहेत. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. या पृष्ठभागासाठी एक सामान्य चाचणी 500 ° C 15 मिनिटांसाठी आहे.

निकेल ऑक्सिडेशन टाळण्यासाठी सपाट नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल/गोल्ड-इम्प्रेग्नेटेड पृष्ठभागाच्या क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी, तापमान-वृद्ध पृष्ठभागाच्या वेल्डेबिलिटीचा अभ्यास केला गेला. Different heat/humidity and time conditions were tested. या अभ्यासानुसार असे दिसून आले आहे की निकेल सोन्याला बाहेर टाकून पुरेसे संरक्षित आहे, दीर्घ वयानंतर चांगली वेल्डेबिलिटी देते.

सोन्याच्या थर्मलसोनिक वायर-बाँडिंगसारख्या काही प्रकरणांमध्ये सोन्यापासून निकेलचा प्रसार असेंब्लीसाठी मर्यादित घटक असू शकतो. या अनुप्रयोगात, निकेल/सोन्याची पृष्ठभाग निकेल/पॅलेडियम/सोन्याच्या पृष्ठभागापेक्षा कमी प्रगत आहे. 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.

निकेल टिन इंटरजेनेरिक कंपाऊंड

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).

तक्ता 4. वेल्डिंगमध्ये पीसीबी सामग्रीची विघटनशीलता

धातूचे तापमान ° C विसारकता (µ इंच/ SEC.)

सोने 450 486 117.9 167.5

तांबे 450 525 4.1 7.0

पॅलेडियम 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

निकेल/गोल्ड आणि टिन/लीड सिस्टीममध्ये, सोने लगेच विरघळते. 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.बॅडरच्या मोजमापाने हे दर्शविले की अडथळा राखण्यासाठी 0.5µm पेक्षा जास्त निकेलची आवश्यकता नाही, अगदी सहापेक्षा जास्त तापमान चक्रांमधूनही. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

सच्छिद्र

नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल/सोने नुकतेच एक सामान्य अंतिम पीसीबी पृष्ठभाग लेप बनले आहे, म्हणून औद्योगिक प्रक्रिया या पृष्ठभागासाठी योग्य नसतील. प्लग-इन कनेक्टर (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9 म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल/सोन्याची सच्छिद्रता तपासण्यासाठी नायट्रिक acidसिड स्टीम प्रक्रिया उपलब्ध आहे. नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल/इंप्रेग्नेशन ही चाचणी उत्तीर्ण होणार नाही. सपाट पृष्ठभागाची सापेक्ष सच्छिद्रता निश्चित करण्यासाठी पोटॅशियम फेरिसिनाइड वापरून एक युरोपियन सच्छिद्रता मानक विकसित केले गेले आहे, जे प्रति चौरस मिलीमीटर (बग्स /मिमी 2) छिद्रांच्या संदर्भात दिले जाते. चांगल्या सपाट पृष्ठभागावर 10 x मोठेपणावर प्रति चौरस मिलीमीटर 100 पेक्षा कमी छिद्र असावेत.

निष्कर्ष

पीसीबी उत्पादन उद्योगाला खर्च, सायकल वेळ आणि भौतिक सुसंगतता या कारणांमुळे बोर्डावर जमा केलेल्या निकेलचे प्रमाण कमी करण्यात रस आहे. किमान निकेल स्पेसिफिकेशनने सोन्याच्या पृष्ठभागावर तांब्याचा प्रसार रोखण्यास, वेल्डची चांगली ताकद राखण्यास आणि संपर्क प्रतिकार कमी ठेवण्यास मदत केली पाहिजे. जास्तीत जास्त निकेल स्पेसिफिकेशनने प्लेट निर्मितीमध्ये लवचिकता आणायला हवी, कारण अपयशाचे कोणतेही गंभीर प्रकार जाड निकेल ठेवींशी संबंधित नाहीत.

आजच्या बहुतेक सर्किट बोर्ड डिझाईन्ससाठी, 2.0µm (80µinches) चे नॉन-इलेक्ट्रोलाइटिक निकेल कोटिंग किमान निकेल जाडी आवश्यक आहे. सराव मध्ये, निकेल जाडीची एक श्रेणी पीसीबीच्या उत्पादन स्थळावर वापरली जाईल (आकृती 2). निकेलच्या जाडीत बदल बाथ रसायनांच्या गुणधर्मांमध्ये बदल आणि स्वयंचलित लिफ्टिंग मशीनच्या राहण्याच्या वेळेतील बदलामुळे होईल. किमान 2.0µm सुनिश्चित करण्यासाठी, अंतिम वापरकर्त्यांकडून विशिष्टता 3.5µm, किमान 2.0µm आणि कमाल 8.0µm आवश्यक असावी.

निकेल जाडीची ही निर्दिष्ट श्रेणी लाखो सर्किट बोर्डांच्या उत्पादनासाठी योग्य सिद्ध झाली आहे. श्रेणी आजच्या इलेक्ट्रॉनिक्सच्या वेल्डेबिलिटी, शेल्फ लाइफ आणि संपर्क आवश्यकता पूर्ण करते. असेंब्लीची आवश्यकता एका उत्पादनापासून दुसर्‍या उत्पादनासाठी वेगळी असल्याने, प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोगासाठी पृष्ठभागावरील कोटिंग्स ऑप्टिमाइझ करण्याची आवश्यकता असू शकते.