Procesi përfundimtar i veshjes për PCB prodhimi ka pësuar ndryshime të rëndësishme vitet e fundit. 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.

Veshja përfundimtare përdoret për të mbrojtur sipërfaqen e fletës së bakrit të qarkut. Bakri (Cu) është një sipërfaqe e mirë për saldimin e përbërësve, por oksidohet lehtë; Oksidi i bakrit pengon lagështirën e lidhjes. Edhe pse ari (Au) tani përdoret për të mbuluar bakrin, sepse ari nuk oksidohet; Ari dhe bakri shpejt do të shpërndahen dhe do të përshkojnë njëri -tjetrin. Çdo bakër i ekspozuar do të formojë shpejt një oksid bakri jo të saldueshëm. Një qasje është përdorimi i një “shtrese barriere” nikeli (Ni) që parandalon transferimin e arit dhe bakrit dhe siguron një sipërfaqe të qëndrueshme dhe përçuese për montimin e përbërësve.

Kërkesat për PCB për veshjen jo-elektrolitike të nikelit

The non-electrolytic nickel coating should perform several functions:

Sipërfaqja e një depozite ari

Qëllimi përfundimtar i qarkut është të krijojë një lidhje me forcë të lartë fizike dhe karakteristika të mira elektrike midis PCB dhe përbërësve. Nëse ka ndonjë oksid ose ndotje në sipërfaqen e PCB -së, ky bashkim i salduar nuk do të ndodhë me fluksin e sotëm të dobët.

Ari depozitohet natyrshëm në majë të nikelit dhe nuk oksidohet gjatë ruajtjes së gjatë. Sidoqoftë, ari nuk vendoset mbi nikelin e oksiduar, kështu që nikeli duhet të mbetet i pastër midis banjës së nikelit dhe shpërbërjes së arit. 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.

fortësi

Sipërfaqet jo-elektrolitike të veshura me nikel përdoren në shumë aplikime që kërkojnë forcë fizike, siç janë kushinetat e transmetimit të automobilave. Kërkesat për PCB janë shumë më pak të rrepta se ato për këto aplikacione, por një ngurtësi e caktuar është e rëndësishme për lidhjen e telave, kontaktet e tastierës me prekje, lidhësit e kontejnerit të skajit dhe qëndrueshmërinë e përpunimit.

Lidhja e plumbit kërkon një ngurtësi nikeli. Humbja e fërkimit mund të ndodhë nëse plumbi deformon precipitatin, i cili ndihmon që plumbi të “shkrihet” në nënshtresë. Imazhet SEM nuk treguan depërtim në sipërfaqen e nikelit të sheshtë/ari ose nikelit/paladiumit (Pd)/arit.

Karakteristikat elektrike

Bakri është metali i zgjedhur për formimin e qarkut sepse është i lehtë për tu bërë. Bakri përcjell energji elektrike më mirë se pothuajse çdo metal (tabela 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

Bakri 1.7 (përfshirë Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Veshje jo-elektrolitike e nikelit 55 ~ 90 µ ω cm

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. Humbja e sinjalit të PCB me mikrovalë mund të tejkalojë specifikimet e projektuesit. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Në shumë aplikime, sinjalet elektrike mund të rikthehen në specifikimet e projektimit duke specifikuar depozitat e nikelit më pak se 2.5µm.

Rezistenca e kontaktit

Rezistenca e kontaktit është e ndryshme nga saldimi sepse sipërfaqja e nikelit/arit mbetet e pa salduar gjatë gjithë jetës së produktit përfundimtar. Nikeli/ari duhet të mbetet përcjellës ndaj kontaktit të jashtëm pas ekspozimit të zgjatur mjedisor. 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, temperatura në të cilën duhet të veprojnë lidhësit universal, shpesh të specifikuar për aplikime ushtarake; 200 ° C, ajo temperaturë po bëhet gjithnjë e më e rëndësishme për pajisjet fluturuese. ”

Për temperatura të ulëta, barrierat e nikelit nuk kërkohen. Ndërsa temperatura rritet, sasia e nikelit e kërkuar për të parandaluar transferimin e nikelit/arit rritet (Tabela II).

Tabela 2. Rezistenca e kontaktit të nikelit/arit (1000 orë)

Kontakt i kënaqshëm i shtresës barrierë nikeli në 65 ° C kontakt i kënaqshëm në 125 ° C kontakt i kënaqshëm në 200 ° C

0.0µm 100% 40% 0%

0.5µm 100% 90% 5%

2.0µm 100% 100% 10%

4.0µm 100% 100% 60%

Nikeli i përdorur në studimin e Antler ishte i elektrolizuar. Priten përmirësime nga nikeli jo-elektrolitik, siç konfirmohet nga Baudrand 4. Sidoqoftë, këto rezultate janë për 0.5 μm ari, ku rrafshi zakonisht precipiton 0.2 μm. Aeroplani mund të konkludohet se është i mjaftueshëm për elementët e kontaktit që veprojnë në 125 ° C, por elementët me temperaturë më të lartë do të kërkojnë testime të specializuara.

“Sa më i trashë nikeli, aq më i mirë është pengesa, në të gjitha rastet,” sugjeron Antler, “por realitetet e prodhimit të PCB inkurajojnë inxhinierët të depozitojnë vetëm aq nikel sa është e nevojshme. Nikeli/ari i sheshtë tani përdoret në telefonat celularë dhe faqe që përdorin pika kontakti me prekje. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Lidhësja

Zhytja jo-elektrolitike e nikelit/arit përdoret në prodhimin e tabelave me përshtatje në pranverë, shtrëngim presioni, rrëshqitje me presion të ulët dhe lidhje të tjera jo të salduara.

Lidhësit plug-in kërkojnë qëndrueshmëri më të madhe fizike. Në këto raste, veshjet jo-elektrolitike të nikelit janë mjaft të forta për aplikimet e PCB, por zhytja në ar nuk është. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Kur ari hiqet, nikeli i ekspozuar oksidohet shpejt, duke rezultuar në një rritje të rezistencës së kontaktit.

Veshja jo-elektrolitike e nikelit/zhytja në ar mund të mos jetë zgjidhja më e mirë për lidhësit plug-in që durojnë futje të shumta gjatë gjithë jetës së produktit. Sipërfaqet e nikelit/paladiumit/arit rekomandohen për lidhës me shumë qëllime.

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) Burimi i nikelit i formuar nga komponimet ndërmetalike Ni3Sn4.

Përhapja e bakrit në nikel

Transferimi i bakrit përmes nikelit do të rezultojë në dekompozimin e bakrit në arin sipërfaqësor. 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. Prandaj, kërkesa për temperaturën e shtresës së barrierës është më pak se një minutë nën 250 ° C.

Turn dhe Owen6 kanë studiuar efektin e shtresave të ndryshme të barrierave në bakër dhe ar. Ata zbuluan se “… Krahasimi i vlerave të përshkueshmërisë së bakrit në 400 ° C dhe 550 ° C tregon se kromi heksavalent dhe nikeli me përmbajtje fosfori 8-10% janë shtresat barrierë më efektive të studiuara “. (tabela 3).

Tabela 3. Depërtimi i bakrit përmes nikelit në ar

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 μm Jo-difuzion jo-difuzion jo-difuzion

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Inglyshtë interesante, në këtë eksperiment, nikeli jo-elektrolitik ishte 2 deri në 10 herë më efikas se nikeli i elektrolizuar. Turn dhe Owen vënë në dukje se “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Nga ky test i temperaturës ekstreme, një trashësi nikeli prej të paktën 2µm është një specifikim i sigurt.

Përhapja e nikelit në ar

Kërkesa e dytë e nikelit jo-elektrolitik është që nikeli të mos migrojë përmes “kokrrave” ose “vrimave të imta” të ngopura me ar. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Ka disa artikuj mbi nikelin dhe arin që përdoren si mbajtës të çipave qeramikë. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Një test i zakonshëm për këto sipërfaqe është 500 ° C për 15 minuta.

Për të vlerësuar aftësinë e sipërfaqeve të sheshta jo-elektrolitike të ngopura me nikel/ar për të parandaluar oksidimin e nikelit, është studiuar saldueshmëria e sipërfaqeve të moshës me temperaturë. Different heat/humidity and time conditions were tested. Këto studime kanë treguar se nikeli mbrohet në mënyrë adekuate duke shpëlarë arin, duke lejuar saldim të mirë pas plakjes së gjatë.

Përhapja e nikelit në ar mund të jetë një faktor kufizues për montimin në disa raste, siç është lidhja e telave termalsonikë të arit. Në këtë aplikim, sipërfaqja e nikelit/arit është më pak e avancuar se sipërfaqja e nikelit/paladiumit/arit. 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.

Komponimi ndërgenerik i kallajit të nikelit

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).

Tabela 4. Difuziteti i materialeve PCB në saldim

Temperatura e metalit difuziviteti C (μinches/ SEC.)

Ari 450 486 117.9 167.5

Bakër 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Në sistemet e nikelit/arit dhe kallajit/plumbit, ari tretet menjëherë në kallaj të lirshëm. 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.Matjet e Baderit treguan se jo më shumë se 0.5µm nikel ishte e nevojshme për të ruajtur barrierën, edhe përmes më shumë se gjashtë cikleve të temperaturës. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

poroz

Nikeli/ari jo-elektrolitik është bërë kohët e fundit një shtresë e zakonshme përfundimtare e sipërfaqes PCB, kështu që procedurat industriale mund të mos jenë të përshtatshme për këtë sipërfaqe. Një proces avulli i acidit nitrik është i disponueshëm për testimin e porozitetit të nikelit/arit elektrolitik të përdorur si lidhës plug-in (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Nikeli/impregnimi jo-elektrolitik nuk do ta kalojë këtë test. Një standard evropian i porozitetit është zhvilluar duke përdorur ferricianid kaliumi për të përcaktuar porozitetin relativ të sipërfaqeve të sheshta, i cili jepet në terma të poreve për milimetër katror (mete /mm2). Një sipërfaqe e mirë e sheshtë duhet të ketë më pak se 10 vrima për milimetër katror në 100 x zmadhim.

përfundim

Industria prodhuese e PCB -ve është e interesuar të zvogëlojë sasinë e nikelit të depozituar në tabelë për arsye të kostos, kohës së ciklit dhe përputhshmërisë materiale. Specifikimi minimal i nikelit duhet të ndihmojë në parandalimin e shpërndarjes së bakrit në sipërfaqen e arit, të ruajë forcën e mirë të saldimit dhe të mbajë të ulët rezistencën e kontaktit. Specifikimi maksimal i nikelit duhet të lejojë fleksibilitet në prodhimin e pllakave, pasi asnjë mënyrë serioze e dështimit nuk shoqërohet me depozita të trasha nikeli.

Për shumicën e modeleve të bordeve të qarkut të sotëm, një shtresë jo-elektrolitike e nikelit prej 2.0µm (80µinches) është trashësia minimale e kërkuar e nikelit. Në praktikë, një sërë trashësish nikeli do të përdoren në një pjesë prodhimi të PCB (Figura 2). Ndryshimi në trashësinë e nikelit do të rezultojë nga ndryshimi në vetitë e kimikateve të banjës dhe ndryshimi në kohën e qëndrimit të makinës ngritëse automatike. Për të siguruar një minimum prej 2.0µm, specifikimet nga përdoruesit përfundimtarë duhet të kërkojnë 3.5µm, një minimum prej 2.0µm, dhe një maksimum prej 8.0µm.

Kjo gamë e caktuar e trashësisë së nikelit është dëshmuar e përshtatshme për prodhimin e miliona tabelave të qarkut. Gama plotëson saldueshmërinë, jetëgjatësinë dhe kërkesat e kontaktit të elektronikës së sotme. Për shkak se kërkesat e montimit janë të ndryshme nga një produkt në tjetrin, veshjet e sipërfaqes mund të kenë nevojë të optimizohen për çdo aplikim të veçantë.