Prosés palapis akhir pikeun PCB pabrik parantos ngalaman parobihan anu penting dina sababaraha taun terakhir. 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.

Lapisan akhir dianggo ngajaga permukaan foil tambaga sirkuit. Tambaga (Cu) nyaéta permukaan anu saé pikeun komponén las, tapi gampang dioksidasi; Tambaga oksida ngahalangan wetTIng tina solder. Sanaos emas (Au) ayeuna dianggo nutupan tambaga, sabab emas henteu ngoksidasi; Emas sareng tambaga bakal gancang silih diffuse sareng silih tembus. Naon tambaga anu kakeunaan bakal gancang ngawangun oksida tambaga anu henteu tiasa dilas. Salah sahiji cara pikeun ngagunakeun “lapisan panghalang” nikel (Ni) anu nyegah emas sareng tambaga tina mindahkeun sareng nyayogikeun permukaan anu konduktif pikeun komponén.

Sarat PCB pikeun palapis nikel non-éléktrolit

Lapisan nikel non-éléktrolit kedah ngalakukeun sababaraha fungsi:

Beungeut setor emas

Tujuan utama sirkuit nyaéta pikeun ngawangun hubungan anu kuat sareng kakuatan listrik anu luhur antara ciri PCB sareng komponenana. Upami aya oksida atanapi kontaminasi dina permukaan PCB, sendi anu dilas ieu moal lumangsung ku fluks lemah dinten ieu.

Simpenan emas sacara alami dina luhur nikel sareng henteu ngoksidasi nalika disimpen panjang. Nanging, emasna henteu netep kana nikel anu teroksidasi, janten nikel kedah tetep murni antara mandi nikel sareng pembubaran emas. 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. Kandungan fosfor ieu dina lapisan nikel non-éléktrolit dianggap kasaimbangan ati-ati tina pangendali mandi, oksida, sareng sipat listrik sareng fisik.

teu karasa

Permukaan dilapisan nikel non-éléktrolit digunakeun dina seueur aplikasi anu meryogikeun kakuatan fisik, sapertos bantalan transmisi otomotif. Sarat PCB jauh langkung ketat tibatan aplikasi ieu, tapi teu karasa penting pikeun kawat-beungkeutan, kontak touchpad, konektor ujung-konektor, sareng kelestarian pamrosésan.

Beungkeutan timah ngabutuhkeun karasa nikel. Kaleungitan gesekan tiasa kajantenan upami timbel ngarobih endapan, anu ngabantosan kalungguhan “lebur” kana substrat. Gambar SEM henteu nunjukkeun penetrasi kana permukaan nikel datar / emas atanapi nikel / palladium (Pd) / emas.

Karakteristik listrik

Tambaga mangrupikeun logam pilihan pikeun formasi sirkuit sabab gampang dilakukeun. Tambaga ngalaksanakeun listrik langkung saé tibatan ampir unggal logam (tabel 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

Tambaga 1.7 (kalebet Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Lapisan nikel non-éléktrolit 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. Kaleungitan sinyal PCB Gelombang mikro tiasa ngaleuwihan spésifikasi desainer. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Dina seueur aplikasi, sinyal listrik tiasa disimpen deui kana spésifikasi desain ku ngahususkeun setoran nikel kirang ti 2.5µm.

Résistansi kontak

Résistansi kontak bénten sareng daya tahan kusabab permukaan nikel / emas tetep teu dikelas sapanjang umur produk akhir. Nikel / emas kedah tetep conductive kana kontak éksternal saatos paparan lingkungan anu berkepanjangan. 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, suhu dimana panyambungna universal kedah dijalankeun, sering ditetepkeun pikeun aplikasi militér; 200 ° C, suhu éta beuki penting pikeun pakakas ngapung. “

Pikeun suhu anu handap, halangan nikel henteu diperyogikeun. Nalika suhu ningkat, jumlah nikel anu diperyogikeun pikeun nyegah mindahkeun nikel / emas ningkat (Tabel II).

Tabel 2. Kontak résistansi nikel / emas (1000 jam)

Lapisan penghalang nikel kontak anu memuaskan dina 65 ° C kontak anu memuaskan dina 125 ° C kontak anu memuaskan dina 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%

Nikel anu digunakeun dina pangajaran Antler di electroplated. Perbaikan diarepkeun tina nikel non-éléktrolit, sakumaha dikonfirmasi ku Baudrand 4. Nanging, hasilna ieu pikeun 0.5 µm emas, dimana pesawat biasana naék 0.2 µm. Pesawat tiasa disimpulkeun cekap pikeun elemen kontak anu operasi dina 125 ° C, tapi elemen suhu anu langkung luhur peryogi uji coba khusus.

“Nikel langkung kentel, langkung saé panghalangna, dina sadaya kasus,” Antler nunjukkeun, “tapi réalitas pabrik PCB ngadorong insinyur pikeun setoran ngan ukur sakumaha anu diperyogikeun. Nikel datar / emas ayeuna dianggo dina telepon sélulér sareng pager anu nganggo titik kontak touch-pad. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Panyambungna

Non-éléktrolit nikel / perendaman emas digunakeun dina pembuatan papan sirkuit kalayan pas spring, press-fit, low-pressure slide sareng konektor non-las anu sanés.

Konektor plug-in peryogi daya tahan fisik anu langkung lami. Dina kasus ieu, palapis nikel non-éléktrolit cukup kuat pikeun aplikasi PCB, tapi perendaman emas henteu. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Nalika emas dipiceun, nikel anu kakeunaan ngoksidasi gancang, hasilna ningkatna résistansi kontak.

Lapisan nikel-éléktrolitik / perendaman emas moal janten pilihan anu pangsaéna pikeun panyambungna colokan anu tahan sababaraha sisipan sapanjang hirup produk. Permukaan nikel / paladium / emas disarankeun pikeun panyambung multiguna.

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) Sumber nikel anu dibentuk ku senyawa intermetal Ni3Sn4.

Difusi tambaga kana nikel

Mindahkeun tambaga ngalangkungan nikel bakal ngahasilkeun dékomposisi tambaga kana emas permukaan. 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. Ku alatan éta, sarat suhu lapisan panghalang kirang tina hiji menit dihandap 250 ° C.

Turn sareng Owen6 parantos nalungtik pangaruh lapisan panghalang anu béda dina tambaga sareng emas. Aranjeunna mendakan yén “… Babandingan nilai perméabilitas tambaga dina 400 ° C sareng 550 ° C nunjukkeun yén kromium héksavalén sareng nikel kalayan kadar fosfor 8-10% mangrupikeun lapisan halangan anu paling épéktip ditaliti. (tabél 3).

Tabel 3. Penetrasi tambaga ngalangkungan nikel kana emas

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 Non-difusi non-difusi non-difusi

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Anu matak, dina ékspérimén ieu, nikel non-éléktrolit 2 dugi 10 kali langkung épisién tibatan nikel élékoplasi. Hurungkeun sareng Owen nunjukkeun yén “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Tina uji suhu ekstrim ieu, ketebalan nikel sahenteuna 2µm mangrupikeun spésifikasi anu aman.

Difusi tina nikel kana emas

Sarat kadua nikel non-éléktrolit nyaéta yén nikel ulah hijrah ngalangkungan “séréal” atanapi “liang rupa” anu diresakeun ku emas. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Aya sababaraha tulisan ngeunaan nikel sareng emas anu dianggo salaku operator chip keramik. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Tés umum pikeun permukaan ieu nyaéta 500 ° C salami 15 menit.

Dina raraga ngaevaluasi kamampuan permukaan non-éléktrolit datar / permukaan emas-impregnated pikeun nyegah oksidasi nikel, katalitian tina permukaan anu umur suhuna ditaliti. Different heat/humidity and time conditions were tested. Panilitian ieu nunjukkeun yén nikel cekap dijagaan ku emas emas, ngamungkinkeun dilas anu saé saatos sepuh.

Difusi tina nikel kana emas tiasa janten faktor pangwatesan pikeun dirakit dina sababaraha kasus, sapertos beungkeut kawat thermalsonic emas. Dina aplikasi ieu, permukaan nikel / emas kirang maju tibatan permukaan nikel / paladium / emas. 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.

Sanyawa intergeneric tin nikel

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).

Tabel 4. Diffusivity bahan PCB dina las

Suhu logam ° C diffusivity (µinches / SEC.)

Emas 450 486 117.9 167.5

Tambaga 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Dina sistem nikel / emas sareng timah / timah, emas langsung leyur kana kaléng leupas. 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.Ukuran Bader nunjukkeun yén henteu langkung ti 0.5µm nikel diperyogikeun pikeun ngajaga panghalang, bahkan ngalangkungan langkung ti genep siklus suhu. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

porous

Non-éléktrolit nikel / emas nembé janten palapis PCB akhir akhir anu umum, janten prosedur industri panginten henteu cocog pikeun permukaan ieu. Prosés uap asam nitrat sayogi pikeun uji porositas énol / emas éléktrolit anu dianggo salaku panyambung plug-in (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Nikel / impregnasi non-éléktrolisis moal lulus tés ieu. Standar porositas Éropa parantos dikembangkeun nganggo kalium ferricyanide pikeun nangtukeun porositas relatif permukaan datar, anu dirumuskeun dina hal pori per milimeter pasagi (bug / mm2). Permukaan datar anu saé kedahna kirang tina 10 liang per milimeter pasagi dina pembesaran 100 x.

kacindekan

Industri manufaktur PCB resep ngirangan jumlah nikel anu disimpen dina papan kusabab alesan biaya, waktos siklus, sareng kasaluyuan matéri. Spesifikasi minimum nikel kedah ngabantosan nyegah difusi tambaga kana permukaan emas, ngajaga kakuatan las anu saé, sareng ngajaga résistansi kontak anu handap. Spésifikasi nikel maksimum kedah ngamungkinkeun fleksibilitas dina pabrik pelat, sabab teu aya modél kagagalan anu serius anu aya hubunganana sareng setoran nikel anu kandel.

Kanggo kaseueuran desain papan sirkuit ayeuna, lapisan nikel non-éléktrolit 2.0µm (80µinches) nyaéta ketebalan minimum nikel anu diperyogikeun. Dina praktékna, kisaran ketebalan nikel bakal dianggo dina seueur produksi PCB (Gambar 2). Parobihan kandel nikel bakal akibat tina parobahan sipat bahan kimia mandi sareng parobihan dina waktos cicing tina mesin angkat otomatis. Pikeun mastikeun minimal 2.0µm, spésifikasi ti pangguna akhir kedah meryogikeun 3.5µm, minimal 2.0µm, sareng maksimal 8.0m.

Kisaran khusus tina kandel nikel ieu parantos kabuktosan cocog pikeun produksi jutaan papan sirkuit. Kisaran éta cocog sareng kawat, umur hirup sareng sarat kontak tina éléktronika ayeuna. Kusabab sarat majelis bénten ti hiji produk kana produk anu sanés, palapis permukaan panginten kedah dioptimalkeun pikeun tiap aplikasi anu khusus.