Il – proċess ta ‘kisi finali għal PCB il-manifattura għaddiet minn bidliet sinifikanti f’dawn l-aħħar snin. Dawn il-bidliet huma r-riżultat tal-ħtieġa kostanti li jingħelbu l-limitazzjonijiet tal-HASL (Koeżjoni tal-arja sħuna) u n-numru dejjem jikber ta ‘alternattivi tal-HASL.

Il-kisja finali tintuża biex tipproteġi l-wiċċ tal-fojl tar-ram taċ-ċirkwit. Ir-ram (Cu) huwa wiċċ tajjeb għall-iwweldjar tal-komponenti, iżda huwa ossidizzat faċilment; L-ossidu tar-ram jimpedixxi l-imxarrab tal-istann. Għalkemm id-deheb (Au) issa jintuża biex ikopri r-ram, għax id-deheb ma jossidizzax; Id-deheb u r-ram malajr jinxterdu u jinxterdu lil xulxin. Kwalunkwe ram espost jifforma malajr ossidu tar-ram li ma jistax jiġi wweldjat. Approċċ wieħed huwa l-użu ta ‘”saff barriera” tan-nikil (Ni) li jipprevjeni d-deheb u r-ram milli jittrasferixxu u jipprovdi wiċċ durabbli u konduttiv għall-immuntar tal-komponent.

Rekwiżiti tal-PCB għal kisi tan-nikil mhux elettrolitiku

Il-kisi mhux elettrolitiku tan-nikil għandu jwettaq bosta funzjonijiet:

Il-wiċċ ta ‘depożitu tad-deheb

L-iskop aħħari taċ-ċirkwit huwa li jifforma konnessjoni b’saħħa fiżika għolja u karatteristiċi elettriċi tajbin bejn il-PCB u l-komponenti. Jekk ikun hemm xi ossidu jew kontaminazzjoni fuq il-wiċċ tal-PCB, din il-ġonta wweldjata ma sseħħx bi fluss dgħajjef tal-lum.

Depożiti tad-deheb naturalment fuq in-nikil u ma jossidizzax waqt ħażna twila. Madankollu, id-deheb ma joqgħodx fuq in-nikil ossidizzat, għalhekk in-nikil għandu jibqa ‘pur bejn il-banju tan-nikil u x-xoljiment tad-deheb. Għalhekk, l-ewwel ħtieġa ta ‘nikil hija li tibqa’ ħielsa mill-ossiġenu għal żmien twil biżżejjed biex tħalli d-deheb jippreċipita. Il-komponenti żviluppaw banjijiet tal-lissija kimika biex jippermettu 6 ~ 10% kontenut ta ‘fosfru fil-preċipitazzjoni tan-nikil. Dan il-kontenut ta ‘fosfru fil-kisi tan-nikil mhux elettrolitiku huwa kkunsidrat bħala bilanċ bir-reqqa ta’ kontroll tal-banju, ossidu, u proprjetajiet elettriċi u fiżiċi.

ebusija

Uċuħ miksija bin-nikil mhux elettrolitiċi jintużaw f’ħafna applikazzjonijiet li jeħtieġu saħħa fiżika, bħal berings tat-trasmissjoni tal-karozzi. Ir-rekwiżiti tal-PCB huma ferm inqas stretti minn dawk għal dawn l-applikazzjonijiet, iżda ċerta ebusija hija importanti għall-irbit tal-wajer, kuntatti tat-touchpad, konnetturi tar-connetor tarf, u sostenibbiltà tal-ipproċessar.

It-twaħħil taċ-ċomb jeħtieġ ebusija tan-nikil. Telf ta ‘frizzjoni jista’ jseħħ jekk iċ-ċomb jiddeforma l-preċipitat, li jgħin liċ-ċomb “idub” fis-sottostrat. Immaġini SEM ma wrew l-ebda penetrazzjoni fil-wiċċ ta ‘nikil / deheb ċatt jew nikil / palladju (Pd) / deheb.

Il-karatteristiċi elettriċi

Ir-ram huwa l-metall tal-għażla għall-formazzjoni taċ-ċirkwit minħabba li huwa faċli biex tagħmel. Ir-ram imexxi l-elettriku aħjar minn kważi kull metall (tabella 1) 1,2. Id-deheb għandu wkoll konduttività elettrika tajba, u jagħmilha għażla perfetta għall-metall l-iktar imbiegħed għax l-elettroni għandhom it-tendenza li jiċċirkolaw fuq il-wiċċ ta ‘rotta konduttiva (il-benefiċċju tal- “wiċċ”).

Tabella 1. Ir-reżistività tal-metall tal-PCB

Ram 1.7 (inkluż Ω cm

Deheb (inkluż 2.4 Ω cm

Nikil (inkluż 7.4 Ω cm

Kisi tan-nikil mhux elettrolitiku 55 ~ 90 µ ω cm

Għalkemm il-karatteristiċi elettriċi tal-biċċa l-kbira tal-pjanċi tal-produzzjoni mhumiex affettwati mis-saff tan-nikil, in-nikil jista ‘jaffettwa l-karatteristiċi elettriċi tas-sinjali ta’ frekwenza għolja. It-telf tas-sinjal tal-PCB tal-majkrowejv jista ‘jaqbeż l-ispeċifikazzjonijiet tad-disinjatur. Dan il-fenomenu huwa proporzjonali għall-ħxuna tan-nikil – iċ-ċirkwit jeħtieġ li jgħaddi min-nikil biex jilħaq il-post tal-istann. F’ħafna applikazzjonijiet, sinjali elettriċi jistgħu jiġu restawrati għall-ispeċifikazzjoni tad-disinn billi jiġu speċifikati depożiti ta ‘nikil ta’ inqas minn 2.5µm.

Reżistenza għall-kuntatt

Ir-reżistenza għall-kuntatt hija differenti mill-issaldjar minħabba li l-wiċċ tan-nikil / deheb jibqa ‘mhux iwweldjat matul il-ħajja tal-prodott finali. In-nikil / id-deheb għandhom jibqgħu konduttivi għall-kuntatt estern wara espożizzjoni ambjentali fit-tul. Il-ktieb ta ‘l-1970 ta’ Antler esprima r-rekwiżiti tal-kuntatt tal-wiċċ tan-nikil / deheb f’termini kwantitattivi. Ġew studjati diversi ambjenti ta ‘użu aħħari: 3 “65 ° C, temperatura massima normali għal sistemi elettroniċi li joperaw f’temperatura tal-kamra, bħal kompjuters; 125 ° C, it-temperatura li fiha għandhom joperaw konnetturi universali, spiss speċifikata għal applikazzjonijiet militari; 200 ° C, dik it-temperatura qed issir dejjem aktar importanti għat-tagħmir tat-titjir. “

Għal temperaturi baxxi, il-barrieri tan-nikil mhumiex meħtieġa. Hekk kif tiżdied it-temperatura, l-ammont ta ‘nikil meħtieġ biex jiġi evitat it-trasferiment tan-nikil / deheb jiżdied (Tabella II).

Tabella 2. Reżistenza għall-kuntatt tan-nikil / deheb (1000 siegħa)

Saff barriera tan-nikil kuntatt sodisfaċenti f’65 ° C kuntatt sodisfaċenti f’125 ° C kuntatt sodisfaċenti f’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%

In-nikil użat fl-istudju ta ‘Antler kien electroplated. Huwa mistenni titjib minn nikil mhux elettrolitiku, kif ikkonfermat minn Baudrand 4. Madankollu, dawn ir-riżultati huma għal 0.5 µm deheb, fejn il-pjan ġeneralment jippreċipita 0.2 µm. Il-pjan jista ‘jiġi dedott li huwa suffiċjenti għal elementi ta’ kuntatt li joperaw f’125 ° C, iżda elementi ta ‘temperatura ogħla jeħtieġu testijiet speċjalizzati.

“Aktar ma tkun eħxen in-nikil, aħjar tkun il-barriera, fil-każijiet kollha,” tissuġġerixxi Antler, “iżda r-realtajiet tal-manifattura tal-PCB jinkoraġġixxu lill-inġiniera biex jiddepożitaw kemm nikil kemm hu meħtieġ. In-nikil ċatt / deheb issa jintuża fit-telefowns ċellulari u l-pagers li jużaw punti ta ’kuntatt touch-pad. L-ispeċifikazzjoni għal dan it-tip ta ‘element hija mill-inqas 2 µm nikil.

Il-konnettur

L-immersjoni mhux elettrolitika tan-nikil / deheb tintuża fil-manifattura ta ’bordijiet ta’ ċirkwiti bi tajbin tar-rebbiegħa, tajbin għall-istampa, li jiżżerżqu bi pressjoni baxxa u konnetturi oħra mhux iwweldjati.

Konnetturi plug-in jeħtieġu durabilità fiżika itwal. F’dawn il-każijiet, kisjiet tan-nikil mhux elettrolitiċi huma b’saħħithom biżżejjed għall-applikazzjonijiet tal-PCB, iżda l-immersjoni tad-deheb mhix. Deheb pur irqiq ħafna (60 sa 90 Knoop) se togħrok ‘il bogħod min-nikil waqt frizzjoni ripetuta. Meta jitneħħa d-deheb, in-nikil espost jossidizza malajr, u jirriżulta f’żieda fir-reżistenza tal-kuntatt.

Kisi tan-nikil mhux elettrolitiku / immersjoni tad-deheb jista ‘ma jkunx l-aħjar għażla għal konnetturi plug-in li jsofru inserzjonijiet multipli matul il-ħajja tal-prodott. Uċuħ tan-nikil / palladju / deheb huma rrakkomandati għal konnetturi b’ħafna użi.

Is-saff tal-barriera

In-nikil mhux elettrolitiku għandu l-funzjoni ta ‘tliet saffi ta’ barriera fuq il-pjanċa: 1) biex jipprevjeni t-tixrid tar-ram għad-deheb; 2) Biex tevita t-tixrid tad-deheb għan-nikil; 3) Sors tan-nikil iffurmat minn komposti intermetalliċi Ni3Sn4.

Tixrid tar-ram għan-nikil

It-trasferiment tar-ram permezz tan-nikil jirriżulta f’dekompożizzjoni tar-ram għad-deheb tal-wiċċ. Ir-ram se jossida malajr, u jirriżulta f’weldabilità fqira waqt l-assemblaġġ, li sseħħ fil-każ ta ‘tnixxija tan-nikil. In-nikil huwa meħtieġ biex jipprevjeni l-migrazzjoni u t-tixrid ta ‘pjanċi vojta waqt il-ħażna u waqt l-immuntar meta żoni oħra tal-pjanċa ġew iwweldjati. Għalhekk, ir-rekwiżit tat-temperatura tas-saff barriera huwa inqas minn minuta taħt il-250 ° C.

Turn u Owen6 studjaw l-effett ta ‘saffi ta’ barriera differenti fuq ir-ram u d-deheb. Huma sabu li “… Tqabbil tal-valuri tal-permeabilità tar-ram f’400 ° C u 550 ° C juri li kromju eżavalenti u nikil b’kontenut ta ‘8-10% ta’ fosfru huma l-iktar saffi ta ‘barriera effettivi studjati “. (tabella 3).

Tabella 3. Penetrazzjoni tar-ram permezz tan-nikil għad-deheb

Ħxuna tan-nikil 400 ° C 24 siegħa 400 ° C 53 siegħa 550 ° C 12-il siegħa

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

Skond l-ekwazzjoni ta ‘Arrhenius, id-diffużjoni f’temperaturi aktar baxxi hija esponenzjali bil-mod. Interessanti, f’dan l-esperiment, in-nikil mhux elettrolitiku kien 2 sa 10 darbiet aktar effiċjenti minn nikil electroplated. Turn u Owen jindikaw li “… Barriera (8%) 2µm (80µinch) ta ‘din il-liga tnaqqas id-diffużjoni tar-ram għal livell negliġibbli. “

Minn dan it-test tat-temperatura estrema, ħxuna tan-nikil ta ‘mill-inqas 2µm hija speċifikazzjoni sikura.

Tixrid tan-nikil għad-deheb

It-tieni rekwiżit tan-nikil mhux elettrolitiku huwa li n-nikil ma jemigrax minn “qmuħ” jew “toqob fini” mimlijin bid-deheb. Jekk in-nikil jiġi f’kuntatt ma ‘l-arja, dan jossida. L-ossidu tan-nikil ma jistax jinbiegħ u diffiċli biex jitneħħa bi fluss.

Hemm diversi artikli dwar in-nikil u d-deheb użati bħala ġarr taċ-ċippa taċ-ċeramika. Dawn il-materjali jifilħu għat-temperaturi estremi ta ‘assemblaġġ għal żmien twil. Test komuni għal dawn l-uċuħ huwa ta ‘500 ° C għal 15-il minuta.

Sabiex tiġi evalwata l-abilità ta ‘uċuħ ċatti mhux elettrolitiċi tan-nikil / mimlijin bid-deheb biex jipprevjenu l-ossidazzjoni tan-nikil, ġiet studjata l-iwweldjar ta’ uċuħ imdawra bit-temperatura. Ġew ittestjati kundizzjonijiet differenti ta ‘sħana / umdità u ħin. Dawn l-istudji wrew li n-nikil huwa protett b’mod adegwat permezz ta ‘lissija tad-deheb, li jippermetti saldabilità tajba wara tixjiħ twil.

Id-diffużjoni tan-nikil għad-deheb tista ‘tkun fattur li jillimita għall-assemblaġġ f’xi każijiet, bħat-twaħħil tal-wajer termalsoniku tad-deheb. F’din l-applikazzjoni, il-wiċċ tan-nikil / deheb huwa inqas avvanzat mill-wiċċ tan-nikil / palladju / deheb. Iacovangelo investigat il-proprjetajiet ta ‘diffużjoni tal-palladju bħala saff ta’ barriera bejn in-nikil u d-deheb u sab li 0.5µm palladju jipprevjeni l-migrazzjoni anke f’temperaturi estremi. Dan l-istudju wera wkoll li ma kien hemm l-ebda diffużjoni tar-ram permezz ta ‘2.5µm ta’ nikil / palladju determinata bl-ispettroskopija Auger matul 15-il minuta f’500 ° C.

Kompost interġeneriku tan-nikil landa

Waqt l-operazzjoni tal-issaldjar tal-wiċċ jew tal-mewġ, l-atomi mill-wiċċ tal-PCB se jitħalltu ma ‘atomi tal-istann, skont il-proprjetajiet ta’ diffużjoni tal-metall u l-abbiltà li jiffurmaw “komposti intermetalliċi” (Tabella 4).

Tabella 4. Diffużività tal-materjali tal-PCB fl-iwweldjar

Diffużività tat-temperatura tal-metall ° C (µinches / SEC.)

Deheb 450 486 117.9 167.5

Ram 450 525 4.1 7.0

Palladju 450 525 1.4 6.2

Nikil 700 1.7

Fis-sistemi tan-nikil / deheb u landa / ċomb, id-deheb jinħall immedjatament f’landa maħlula. L-istann jifforma twaħħil qawwi man-nikil sottostanti billi jifforma komposti intermetalliċi Ni3Sn4. Biżżejjed nikil għandu jiġi depożitat biex jiġi żgurat li l-istann ma jasalx taħt ir-ram.Il-kejl ta ‘Bader wera li mhux aktar minn 0.5µm ta’ nikil kien meħtieġ biex tinżamm il-barriera, anke permezz ta ‘aktar minn sitt ċikli ta’ temperatura. Fil-fatt, il-ħxuna massima tas-saff intermetalliku osservata hija inqas minn 0.5µm (20µinch).

poruż

In-nikil / deheb mhux elettrolitiku reċentement sar kisi finali komuni tal-wiċċ tal-PCB, għalhekk il-proċeduri industrijali jistgħu ma jkunux adattati għal dan il-wiċċ. Proċess ta ‘fwar ta’ aċidu nitriku huwa disponibbli għall-ittestjar tal-porożità tan-nikil / deheb elettrolitiku użat bħala konnettur plug-in (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Nikil / mili mhux elettrolitiku mhux se jgħaddi minn dan it-test. Ġie żviluppat standard Ewropew ta ‘porożità bl-użu tal-ferricyanide tal-potassju biex tiġi ddeterminata l-porożità relattiva ta’ uċuħ ċatti, li tingħata f’termini ta ‘pori għal kull millimetru kwadru (bugs / mm2). Wiċċ ċatt tajjeb għandu jkollu inqas minn 10 toqob għal kull millimetru kwadru b’100 x ingrandiment.

konklużjoni

L-industrija tal-manifattura tal-PCB hija interessata li tnaqqas l-ammont ta ‘nikil depożitat fuq il-bord għal raġunijiet ta’ spiża, ħin taċ-ċiklu, u kompatibilità tal-materjal. L-ispeċifikazzjoni minima tan-nikil għandha tgħin biex tevita t-tixrid tar-ram għall-wiċċ tad-deheb, iżżomm saħħa tajba tal-weldjatura, u żżomm ir-reżistenza tal-kuntatt baxxa. L-ispeċifikazzjoni massima tan-nikil għandha tippermetti flessibilità fil-manifattura tal-pjanċi, peress li l-ebda mod serju ta ‘falliment ma huwa assoċjat ma’ depożiti ħoxnin tan-nikil.

Għal ħafna mid-disinji taċ-ċirkwiti tal-lum, kisi tan-nikil mhux elettrolitiku ta ‘2.0µm (80µinches) huwa l-ħxuna minima tan-nikil meħtieġa. Fil-prattika, firxa ta ‘ħxuna tan-nikil se tintuża fuq lott tal-produzzjoni tal-PCB (Figura 2). Il-bidla fil-ħxuna tan-nikil tirriżulta mill-bidla fil-proprjetajiet tal-kimiċi tal-banju u l-bidla fil-ħin ta ‘waqfien tal-magna ta’ l-irfigħ awtomatika. Biex jiġi żgurat minimu ta ‘2.0µm, l-ispeċifikazzjonijiet mill-utenti finali għandhom jeħtieġu 3.5µm, minimu ta’ 2.0µm, u massimu ta ‘8.0µm.

Din il-firxa speċifikata ta ‘ħxuna tan-nikil uriet li hija xierqa għall-produzzjoni ta’ miljuni ta ‘ċirkwiti. Il-firxa tissodisfa r-rekwiżiti tal-iwweldjar, tal-ħajja fuq l-ixkaffa u tal-kuntatt tal-elettronika tal-lum. Minħabba li l-ħtiġijiet tal-assemblaġġ huma differenti minn prodott għall-ieħor, il-kisi tal-wiċċ jista ‘jkollu bżonn jiġi ottimizzat għal kull applikazzjoni partikolari.