Mchakato wa mwisho wa mipako ya PCB viwanda vimepata mabadiliko makubwa katika miaka ya hivi karibuni. 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.

Mipako ya mwisho hutumiwa kulinda uso wa foil ya shaba ya mzunguko. Shaba (Cu) ni uso mzuri wa vifaa vya kulehemu, lakini ina oksidi kwa urahisi; Oksidi ya shaba inazuia wetTIng ya solder. Ingawa dhahabu (Au) sasa inatumiwa kufunika shaba, kwa sababu dhahabu haina kioksidishaji; Dhahabu na shaba zitasambaa haraka na kuenea kila mmoja. Shaba yoyote iliyo wazi itaunda haraka oksidi ya shaba isiyoweza kushonwa. Njia moja ni kutumia nikeli (Ni) “safu ya kizuizi” ambayo inazuia dhahabu na shaba kuhamisha na kutoa uso wa kudumu, wa kusonga kwa mkutano wa sehemu.

Mahitaji ya PCB ya mipako ya nikeli isiyo ya elektroni

The non-electrolytic nickel coating should perform several functions:

Uso wa amana ya dhahabu

Kusudi kuu la mzunguko ni kuunda unganisho na nguvu kubwa ya mwili na sifa nzuri za umeme kati ya PCB na vifaa. Ikiwa kuna oksidi yoyote au uchafuzi kwenye uso wa PCB, kiungo hiki kilichounganishwa hakitatokea na mtiririko dhaifu wa leo.

Amana ya dhahabu kawaida juu ya nikeli na haina kioksidishaji wakati wa uhifadhi mrefu. However, the gold does not settle on the oxidized nickel, so the nickel must remain pure between the nickel bath and the dissolution of the gold. 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.

ugumu

Nyuso zisizo na elektroni za kufunika nikeli hutumiwa katika matumizi mengi ambayo yanahitaji nguvu ya mwili, kama vile fani za usafirishaji wa magari. Mahitaji ya PCB hayana masharti magumu zaidi kuliko yale ya programu hizi, lakini ugumu fulani ni muhimu kwa kushikamana na waya, mawasiliano ya pedi ya kugusa, viunganisho vya makali-kontena, na uendelezaji wa usindikaji.

Kuunganisha kuongoza kunahitaji ugumu wa nikeli. Kupoteza msuguano kunaweza kutokea ikiwa risasi inaharibika, ambayo husaidia risasi kuyeyuka kwenye sehemu ndogo. Picha za SEM hazikuonyesha kupenya ndani ya uso wa nikeli gorofa / dhahabu au nikeli / palladium (Pd) / dhahabu.

Tabia za umeme

Shaba ni chuma cha chaguo kwa malezi ya mzunguko kwa sababu ni rahisi kutengeneza. Shaba inafanya umeme vizuri kuliko karibu kila chuma (jedwali 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

Shaba 1.7 (pamoja na Ω cm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Mipako ya nikeli isiyo ya umeme-elektroni 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. Kupoteza ishara ya microwave PCB inaweza kuzidi uainishaji wa mbuni. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Katika matumizi mengi, ishara za umeme zinaweza kurejeshwa kwa muundo wa muundo kwa kutaja amana za nikeli ya chini ya 2.5µm.

Mawasiliano ya upinzani

Upinzani wa mawasiliano ni tofauti na kulehemu kwa sababu uso wa nikeli / dhahabu bado haujafunguliwa katika maisha yote ya bidhaa ya mwisho. Nickel / dhahabu lazima ibaki inayoendesha kwa mawasiliano ya nje baada ya mfiduo wa mazingira kwa muda mrefu. 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, hali ya joto ambayo viunganisho vya ulimwengu lazima vifanye kazi, mara nyingi huainishwa kwa matumizi ya jeshi; 200°C, that temperature is becoming more and more important for flying equipment.”

Kwa joto la chini, vizuizi vya nikeli hazihitajiki. As the temperature increases, the amount of nickel required to prevent nickel/gold transfer increases (Table II).

Jedwali 2. Upinzani wa mawasiliano ya nikeli / dhahabu (masaa 1000)

Safu ya kizuizi cha nikeli mawasiliano ya kuridhisha ifikapo 65 ° C mawasiliano ya kuridhisha ifikapo 125 ° C mawasiliano ya kuridhisha ifikapo 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%

Nikeli iliyotumiwa katika utafiti wa Antler ilichaguliwa. Maboresho yanatarajiwa kutoka kwa nikeli isiyo ya umeme, kama inavyothibitishwa na Baudrand 4. Walakini, matokeo haya ni ya dhahabu ya 0.5 µm, ambapo ndege kawaida hunyesha 0.2 µm. Ndege inaweza kudhibitishwa kuwa ya kutosha kwa vitu vya mawasiliano vinavyofanya kazi kwa 125 ° C, lakini vitu vya juu vya joto vitahitaji upimaji maalum.

“Kadiri mnene unavyozidi kuwa mzito, kikwazo ni bora, katika hali zote,” Antler anapendekeza, “lakini hali halisi ya utengenezaji wa PCB inahimiza wahandisi kuweka nikeli nyingi tu kama inahitajika. Nickel / dhahabu tambarare sasa inatumika kwenye simu za rununu na paja ambazo hutumia sehemu za mawasiliano za pedi ya kugusa. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Kontakt

Kuzamishwa kwa nikeli / dhahabu isiyo ya elektroni hutumika katika utengenezaji wa bodi za mzunguko zilizo na chemchemi inayofaa, vyombo vya habari-sawa, kuteleza kwa shinikizo la chini na viunganishi vingine visivyo na svetsade.

Viunganisho vya kuziba vinahitaji uimara mrefu wa mwili. Katika kesi hizi, mipako ya nikeli isiyo ya elektroni ina nguvu ya kutosha kwa matumizi ya PCB, lakini kuzamishwa kwa dhahabu sio. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Wakati dhahabu inapoondolewa, nikeli iliyo wazi huoksidisha haraka, na kusababisha kuongezeka kwa upinzani wa mawasiliano.

Non-electrolytic nickel coating/gold immersion may not be the best choice for plug-in connectors that endure multiple inserts throughout the life of the product. Nyuso za nikeli / palladium / dhahabu zinapendekezwa kwa viunganisho vingi.

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) Chanzo cha nikeli iliyoundwa na misombo ya metali ya Ni3Sn4.

Usambazaji wa shaba kwa nikeli

Uhamisho wa shaba kupitia nikeli utasababisha kuoza kwa shaba hadi dhahabu ya uso. 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. Kwa hivyo, mahitaji ya joto ya safu ya kizuizi ni chini ya dakika moja chini ya 250 ° C.

Turn na Owen6 wamejifunza athari za safu tofauti za kizuizi kwenye shaba na dhahabu. Waligundua kuwa “… Kulinganisha viwango vya upenyezaji wa shaba kwa 400 ° C na 550 ° C kunaonyesha kuwa chromium helivalent na nikeli iliyo na asilimia 8-10 ya fosforasi ndio safu bora zaidi za kizuizi zilizojifunza “. (jedwali 3).

Jedwali 3. Kupenya kwa shaba kupitia nikeli hadi dhahabu

Nickel thickness 400°C 24 hours 400°C 53 hours 550°C 12 hours

0.25 µm 1 12m 18 µm XNUMX µm

0.50 µm 1 6m 15 µm XNUMX µm

1.00 1m 1 8m XNUMX µ M XNUMX µm

2.00 µm isiyo ya kueneza isiyo ya kueneza isiyo ya kueneza

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Kwa kufurahisha, katika jaribio hili, nikeli isiyo ya elektroni ilikuwa na ufanisi mara 2 hadi 10 kuliko nikeli iliyochaguliwa. Turn na Owen wanaonyesha kuwa “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Kutoka kwa jaribio hili la joto kali, unene wa nikeli wa angalau 2µm ni muundo salama.

Kueneza kwa nikeli kwa dhahabu

Mahitaji ya pili ya nikeli isiyo ya elektroni ni kwamba nikeli haipitii kupitia “nafaka” au “mashimo mazuri” yaliyowekwa na dhahabu. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Kuna nakala kadhaa juu ya nikeli na dhahabu inayotumiwa kama wabebaji wa chip za kauri. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Jaribio la kawaida kwa nyuso hizi ni 500 ° C kwa dakika 15.

Ili kutathmini uwezo wa nyuso tambarare zisizo na elektroni-elektroniki / nyuso zilizowekwa mimba za dhahabu ili kuzuia oksidi ya nikeli, kulehemu kwa nyuso zenye umri wa joto kulijifunza. Different heat/humidity and time conditions were tested. Masomo haya yameonyesha kuwa nikeli inalindwa vya kutosha na leaching ya dhahabu, ikiruhusu kuunganishwa vizuri baada ya kuzeeka kwa muda mrefu.

Ugawanyiko wa nikeli kwa dhahabu inaweza kuwa sababu inayopunguza mkutano katika hali zingine, kama vile dhahabu-kuunganisha waya. Katika programu tumizi hii, uso wa nikeli / dhahabu hauko juu sana kuliko uso wa nikeli / palladium / dhahabu. 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.

Nickel bati intergeneric kiwanja

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).

Jedwali 4. Ugumu wa vifaa vya PCB katika kulehemu

Joto la chuma ° C utofauti (ches inchi / sekunde.)

Dhahabu 450 486 117.9 167.5

Shaba 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Katika mifumo ya nikeli / dhahabu na bati / risasi, dhahabu huyeyuka mara moja kuwa bati. 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.Vipimo vya Bader vilionyesha kuwa hakuna zaidi ya 0.5µm ya nikeli iliyohitajika kudumisha kizuizi, hata kupitia zaidi ya mizunguko sita ya joto. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

porous

Nickel / dhahabu isiyo ya elektroni tu hivi karibuni imekuwa mipako ya kawaida ya uso wa PCB, kwa hivyo taratibu za viwandani haziwezi kufaa kwa uso huu. Mchakato wa mvuke wa asidi ya nitriki unapatikana kwa kujaribu kupendeza kwa nikeli / dhahabu ya elektroni inayotumiwa kama kiunganishi cha kuziba (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Nickel / uumbaji usiopitia elektroni hautapita mtihani huu. Kiwango cha porosity cha Uropa kimetengenezwa kwa kutumia ferricyanide ya potasiamu kuamua porosity ya jamaa ya nyuso gorofa, ambayo hutolewa kulingana na pores kwa milimita moja ya mraba (mende / mm2). Uso mzuri wa gorofa unapaswa kuwa na mashimo chini ya 10 kwa kila millimeter ya mraba kwa ukuzaji wa 100 x.

hitimisho

Sekta ya utengenezaji wa PCB inavutiwa kupunguza kiwango cha nikeli iliyowekwa kwenye bodi kwa sababu ya gharama, wakati wa mzunguko, na utangamano wa nyenzo. Kiwango cha chini cha neli inapaswa kusaidia kuzuia usambazaji wa shaba kwenye uso wa dhahabu, kudumisha nguvu nzuri ya kulehemu, na kuweka upinzani wa mawasiliano chini. Upeo wa kiwango cha nikeli inapaswa kuruhusu kubadilika kwa utengenezaji wa sahani, kwani hakuna njia kubwa za kutofaulu zinazohusishwa na amana nene za nikeli.

Kwa miundo mingi ya bodi ya mzunguko wa leo, mipako ya nikeli isiyo ya elektroni ya 2.0µm (80µinches) ndio unene wa chini wa nikeli unahitajika. Katika mazoezi, unene anuwai wa nikeli utatumika kwenye sehemu nyingi za uzalishaji wa PCB (Kielelezo 2). Mabadiliko ya unene wa nikeli yatatokana na mabadiliko ya mali ya kemikali za kuoga na mabadiliko katika wakati wa kukaa wa mashine ya kuinua moja kwa moja. Ili kuhakikisha kiwango cha chini cha 2.0µm, vipimo kutoka kwa watumiaji wa mwisho vinahitaji 3.5µm, kiwango cha chini cha 2.0µm, na kiwango cha juu cha 8.0µm.

Aina hii maalum ya unene wa nikeli imeonekana kufaa kwa utengenezaji wa mamilioni ya bodi za mzunguko. Masafa hukutana na kulehemu, maisha ya rafu na mahitaji ya mawasiliano ya umeme wa leo. Kwa sababu mahitaji ya mkusanyiko ni tofauti na bidhaa moja hadi nyingine, mipako ya uso inaweza kuhitaji kuboreshwa kwa kila programu.