PCB požiadavky na neelektrolytický niklový povlak

Bezprúdový niklový povlak by mal spĺňať niekoľko funkcií:

Povrch ložiska zlata

Konečným cieľom obvodu je vytvoriť spojenie medzi doskou plošných spojov a komponentmi s vysokou fyzikálnou pevnosťou a dobrými elektrickými charakteristikami. Ak je na povrchu DPS nejaký oxid alebo kontaminácia, pri dnešnom slabom toku k tomuto spájkovanému spojeniu nedôjde.

Zlato sa prirodzene zráža na nikle a pri dlhodobom skladovaní neoxiduje. Zlato sa však na oxidovanom nikle nezráža, takže nikel musí zostať čistý medzi niklovým kúpeľom a rozpustením zlata. Týmto spôsobom je prvou požiadavkou niklu zostať dostatočne dlho bez oxidácie, aby sa umožnilo vyzrážanie zlata. Komponent má vyvinutý chemický ponorný kúpeľ, ktorý umožňuje 6-10% obsah fosforu pri zrážaní niklu. Tento obsah fosforu v bezprúdovom niklovom povlaku sa považuje za starostlivú rovnováhu kontroly kúpeľa, oxidu a elektrických a fyzikálnych vlastností.

tvrdosť

Povrch neelektrolytického niklu sa používa v mnohých aplikáciách, ktoré vyžadujú fyzickú pevnosť, ako sú napríklad ložiská automobilových prevodoviek. Potreby dosiek plošných spojov sú oveľa menej prísne ako tieto aplikácie, ale pre spájanie drôtov

(Wire-bonding), dotykové body touch padu, zásuvný konektor (edge-connetor) a udržateľnosť spracovania, určitý stupeň tvrdosti je stále dôležitý. Spájanie drôtom vyžaduje tvrdosť niklu. Ak olovo deformuje usadeninu, môže dôjsť k strate trenia, čo napomáha „taveniu“ olova k substrátu. Obrázok SEM ukazuje, že nedochádza k žiadnemu prenikaniu do povrchu plochého niklu/zlata alebo niklu/paládia (Pd)/zlata.

Elektrické vlastnosti

Kvôli svojej ľahkej výrobe je meď kovom, ktorý sa používa na vytváranie obvodov. Vodivosť medi je lepšia ako takmer každý kov. Zlato má tiež dobrú elektrickú vodivosť a je ideálnou voľbou pre najvzdialenejšie kovy, pretože elektróny majú tendenciu prúdiť po povrchu vodivej dráhy (“povrchová” výhoda).

Meď 1.7 µΩcm Zlato 2.4 µΩcm Nikel 7.4 µΩcm Bezprúdové poniklovanie 55~90 µΩcm Hoci elektrické charakteristiky väčšiny výrobných dosiek nie sú ovplyvnené vrstvou niklu, nikel môže ovplyvniť elektrické charakteristiky vysokofrekvenčných signálov. Strata signálu mikrovlnnej dosky plošných spojov môže prekročiť špecifikáciu projektanta. Tento jav je úmerný hrúbke niklu – obvod musí prejsť cez nikel, aby dosiahol spájkované spoje. V mnohých aplikáciách môže byť elektrický signál obnovený v rámci konštrukčných špecifikácií špecifikovaním, že niklový nános je menší ako 2.5 µm.

Odolnosť kontaktu

Kontaktný odpor sa líši od spájkovateľnosti, pretože povrch niklu/zlata zostáva nespájkovaný počas životnosti konečného produktu. Nikel/zlato si musí po dlhodobom vystavení životnému prostrediu zachovať elektrickú vodivosť voči vonkajšiemu kontaktu. Antlerova kniha z roku 1970 kvantitatívne vyjadruje požiadavky na kontakt povrchov niklu a zlata. Skúmajú sa rôzne prostredia konečného použitia: 3″ 65°C, bežná maximálna teplota pre elektronické systémy, ktoré pracujú pri izbovej teplote, ako sú počítače; 125 °C, teplota, pri ktorej musia fungovať všeobecné konektory, často špecifikovaná pre vojenské aplikácie; 200 °C je táto teplota pre letové vybavenie čoraz dôležitejšia.“

Pre prostredie s nízkou teplotou nie je potrebná žiadna niklová bariéra. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje množstvo niklu potrebného na zabránenie prenosu niklu/zlata.

Niklová bariérová vrstva Uspokojivý kontakt pri 65 °C Uspokojivý kontakt pri 125 °C Uspokojivý kontakt pri 200 °C 0.0 μm 100 % 40 % 0 % 0.5 μm 100 % 90 % 5 % 2.0 μm 100 % 100 % 10 % % 4.0 %