Ang pangwakas na proseso ng patong para sa PCB ang pagmamanupaktura ay sumailalim ng mga makabuluhang pagbabago sa mga nagdaang taon. Ang mga pagbabagong ito ay bunga ng patuloy na pangangailangan upang mapagtagumpayan ang mga limitasyon ng HASL (Hot air cohesion) at ang lumalaking bilang ng mga kahalili na HASL.

Ginagamit ang pangwakas na patong upang maprotektahan ang ibabaw ng circuit copper foil. Ang Copper (Cu) ay isang mahusay na ibabaw para sa mga sangkap ng hinang, ngunit madaling ma-oxidize; Ang tanso na oksido ay pumipigil sa wetTIng ng panghinang. Kahit na ang ginto (Au) ay ginagamit na ngayon upang masakop ang tanso, sapagkat ang ginto ay hindi nag-e-oxidize; Ang ginto at tanso ay mabilis na magkakalat at tumagos sa bawat isa. Ang anumang nakalantad na tanso ay mabilis na bubuo ng isang hindi nalalaman na tanso na oksido. Ang isang diskarte ay ang paggamit ng isang nickel (Ni) na “layer ng hadlang” na pumipigil sa paglipat ng ginto at tanso at nagbibigay ng isang matibay, kondaktibong ibabaw para sa pagpupulong ng sangkap.

Mga kinakailangan sa PCB para sa di-electrolytic nickel coating

Ang non-electrolytic nickel coating ay dapat magsagawa ng maraming mga pag-andar:

Ang ibabaw ng isang gintong deposito

Ang panghuli layunin ng circuit ay upang bumuo ng isang koneksyon na may mataas na pisikal na lakas at mahusay na mga de-koryenteng katangian sa pagitan ng PCB at mga bahagi. Kung mayroong anumang oksido o kontaminasyon sa ibabaw ng PCB, ang magkasanib na magkasanib na ito ay hindi mangyayari sa mahina ngayon na pagkilos ng bagay.

Ang mga gintong deposito natural sa tuktok ng nickel at hindi nag-ooksidyo sa panahon ng mahabang pag-iimbak. Gayunpaman, ang ginto ay hindi tumatahan sa oxidized nickel, kaya’t ang nikel ay dapat manatiling dalisay sa pagitan ng nickel bath at ng paglusaw ng ginto. Kaya, ang unang kinakailangan ng nickel ay manatiling walang oxygen na sapat na sapat upang payagan ang ginto na tumubo. Ang mga sangkap ay bumuo ng mga pampaligo na kemikal sa pag-leaching upang payagan ang 6 ~ 10% na nilalaman ng posporus sa pag-ulan ng nickel. Ang nilalamang posporus na ito sa di-electrolytic nickel coating ay isinasaalang-alang bilang isang maingat na balanse ng pagkontrol sa paliguan, oksido, at mga katangian ng elektrikal at pisikal.

tigas

Ang mga di-electrolytic na nikeladong pinahiran na ibabaw ay ginagamit sa maraming mga application na nangangailangan ng pisikal na lakas, tulad ng mga automotive transmission bearings. Ang mga kinakailangan sa PCB ay higit na mas mahigpit kaysa sa mga para sa mga application na ito, ngunit ang isang tiyak na tigas ay mahalaga para sa wire-bonding, mga contact sa touchpad, mga konektor ng edge-connetor, at pagpapanatili ng pagpapanatili.

Nangangailangan ang bonding ng lead ng isang tigas ng nikel. Ang pagkawala ng alitan ay maaaring mangyari kung ang tingga ay deforms ng namuo, na makakatulong sa lead na “matunaw” sa substrate. Ang mga imahe ng SEM ay hindi nagpakita ng pagtagos sa ibabaw ng flat nickel / gold o nickel / palladium (Pd) / ginto.

Mga katangian ng elektrikal

Ang tanso ay ang metal na pinili para sa pagbuo ng circuit dahil madali itong gawin. Ang tanso ay nagsasagawa ng kuryente nang mas mahusay kaysa sa halos lahat ng metal (talahanayan 1) 1,2. Ang ginto ay mayroon ding mahusay na kondaktibiti sa kuryente, ginagawa itong isang perpektong pagpipilian para sa pinakadulo na metal dahil ang mga electron ay may posibilidad na dumaloy sa ibabaw ng isang kondaktibong ruta (ang “ibabaw” na pakinabang).

Talahanayan 1. Paglaban ng PCB metal

Copper 1.7 (kabilang ang Ω cm

Ginto (kabilang ang 2.4 Ω cm

Nickel (kabilang ang 7.4 Ω cm

Non-electrolytic nickel coating 55 ~ 90 µ ω cm

Bagaman ang mga katangian ng kuryente ng karamihan sa mga plato ng produksyon ay hindi apektado ng layer ng nickel, maaaring makaapekto ang nickel sa mga de-koryenteng katangian ng mga signal ng mataas na dalas. Ang pagkawala ng signal ng Microwave PCB ay maaaring lumagpas sa mga pagtutukoy ng taga-disenyo. Ang kababalaghang ito ay proporsyonal sa kapal ng nickel – ang circuit ay kailangang dumaan sa nickel upang maabot ang solder spot. Sa maraming mga application, ang mga de-koryenteng signal ay maaaring maibalik sa pagtutukoy ng disenyo sa pamamagitan ng pagtukoy ng mga deposito ng nickel na mas mababa sa 2.5µm.

Makipag-ugnay sa paglaban

Ang paglaban sa pakikipag-ugnay ay naiiba mula sa kakayahang mag-welding dahil ang ibabaw ng nikel / ginto ay nananatiling hindi naka-welding sa buong buhay ng end na produkto. Ang nikel / ginto ay dapat manatiling kondaktibo sa panlabas na pakikipag-ugnay pagkatapos ng matagal na pagkakalantad sa kapaligiran. Ang aklat ni Antler noong 1970 ay nagpahayag ng mga kinakailangan sa pakikipag-ugnay sa nikelado / ginto sa mga terminong dami. Pinag-aralan ang iba`t ibang mga kapaligiran na end-use: 3 “65 ° C, isang normal na maximum na temperatura para sa mga elektronikong system na nagpapatakbo sa temperatura ng kuwarto, tulad ng mga computer; 125 ° C, ang temperatura kung saan dapat gumana ang mga unibersal na konektor, na madalas na tinukoy para sa mga aplikasyon ng militar; 200 ° C, ang temperatura na iyon ay nagiging mas mahalaga para sa mga kagamitan sa paglipad. ”

Para sa mababang temperatura, hindi kinakailangan ang mga hadlang sa nickel. Habang tumataas ang temperatura, ang dami ng kinakailangang nickel upang maiwasan ang pagtaas ng nickel / gold transfer (Talahanayan II).

Talahanayan 2. Makipag-ugnay sa paglaban ng nickel / ginto (1000 na oras)

Ang layer ng Nickel barrier ay kasiya-siya na contact sa 65 ° C kasiya-siyang contact sa 125 ° C kasiya-siyang contact sa 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%

Ang nikel na ginamit sa pag-aaral ni Antler ay nakoryente. Ang mga pagpapabuti ay inaasahan mula sa di-electrolytic nickel, tulad ng kinumpirma ng Baudrand 4. Gayunpaman, ang mga resulta na ito ay para sa 0.5 µm na ginto, kung saan ang eroplano ay karaniwang namimilit ng 0.2 µm. Ang eroplano ay maaaring mahihinuha na sapat para sa mga elemento ng contact na tumatakbo sa 125 ° C, ngunit ang mas mataas na mga elemento ng temperatura ay mangangailangan ng dalubhasang pagsubok.

“Kung mas makapal ang nikel, mas mabuti ang hadlang, sa lahat ng mga kaso,” iminungkahi ni Antler, “ngunit ang mga katotohanan ng pagmamanupaktura ng PCB ay hinihikayat ang mga inhinyero na magdeposito lamang ng mas maraming nikel tulad ng kinakailangan. Ginagamit na ngayon ang flat nickel / gold sa mga cellular phone at pager na gumagamit ng mga touch-pad contact point. Ang pagtutukoy para sa ganitong uri ng elemento ay hindi bababa sa 2 µm nickel.

Ang konektor

Ang non-electrolytic nickel / gold immersion ay ginagamit sa paggawa ng mga circuit board na may spring fit, press-fit, low-pressure sliding at iba pang mga hindi hinangang na konektor.

Ang mga konektor ng plug-in ay nangangailangan ng mas mahabang tibay sa pisikal. Sa mga kasong ito, ang mga di-electrolytic nickel coatings ay sapat na malakas para sa mga aplikasyon ng PCB, ngunit ang paglulubog ng ginto ay hindi. Napaka-manipis na purong ginto (60 hanggang 90 Knoop) ay kuskusin ang layo mula sa nickel sa panahon ng paulit-ulit na alitan. Kapag natanggal ang ginto, ang nakalantad na nikeladong oxidize mabilis, na nagreresulta sa isang pagtaas ng paglaban sa contact.

Ang hindi electrolytic nickel coating / gold immersion ay maaaring hindi ang pinakamahusay na pagpipilian para sa mga plug-in na konektor na nagtitiis sa maraming pagsingit sa buong buhay ng produkto. Inirerekumenda ang mga ibabaw ng nickel / padiumadium / ginto para sa mga multipurpose na konektor.

Ang layer ng hadlang

Ang non-electrolytic nickel ay may pagpapaandar ng tatlong mga layer ng hadlang sa plato: 1) upang maiwasan ang pagsasabog ng tanso sa ginto; 2) Upang maiwasan ang pagsasabog ng ginto sa nickel; 3) Pinagmulan ng nickel na nabuo ng Ni3Sn4 intermetallic compound.

Pagkakalat ng tanso sa nikel

Ang paglipat ng tanso sa pamamagitan ng nickel ay magreresulta sa agnas ng tanso sa ibabaw ng ginto. Ang tanso ay mabilis na mag-oxidize, na magreresulta sa mahinang kakayahang mag-welding sa panahon ng pagpupulong, na nangyayari sa kaso ng nickel leakage. Kailangan ang nikel upang maiwasan ang paglipat at pagsasabog ng mga walang laman na plato sa panahon ng pag-iimbak at sa panahon ng pagpupulong kung ang iba pang mga lugar ng plato ay na-welding. Samakatuwid, ang kinakailangan sa temperatura ng layer ng hadlang ay mas mababa sa isang minuto sa ibaba 250 ° C.

Pinag-aralan nina Turn at Owen6 ang epekto ng iba’t ibang mga layer ng hadlang sa tanso at ginto. Natagpuan nila na “… Ang paghahambing ng mga halaga ng permeability ng tanso sa 400 ° C at 550 ° C ay nagpapakita na ang hexavalent chromium at nickel na may 8-10% na nilalaman ng posporus ay ang pinaka-epektibo na mga layer ng hadlang na pinag-aralan “. (talahanayan 3).

Talahanayan 3. Pagtagos ng tanso sa pamamagitan ng nickel hanggang ginto

Kapal ng nikel 400 ° C 24 oras 400 ° C 53 oras 550 ° C 12 oras

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

Ayon sa equation ng Arrhenius, ang pagsasabog sa mas mababang temperatura ay mas mabagal. Kapansin-pansin, sa eksperimentong ito, ang non-electrolytic nickel ay 2 hanggang 10 beses na mas mahusay kaysa sa electroplated nickel. Itinuro at sinabi ni Owen na “… Ang isang (8%) 2µm (80µinch) na hadlang ng haluang metal na ito ay binabawasan ang pagsasabog ng tanso sa isang walang halaga na antas. ”

Mula sa matinding pagsubok sa temperatura na ito, ang isang kapal ng nickel na hindi bababa sa 2µm ay isang ligtas na detalye.

Pagkakalat ng nikel sa ginto

Ang pangalawang kinakailangan ng non-electrolytic nickel ay ang nikel na hindi lumipat sa pamamagitan ng “butil” o “pinong butas” na pinapagbinhi ng ginto. Kung makipag-ugnay sa hangin ang nikel, mag-e-oxidize ito. Ang Nickel oxide ay hindi maipagbibili at mahirap alisin sa pagkilos ng bagay.

Mayroong maraming mga artikulo sa nickel at ginto na ginamit bilang mga ceramic chip carrier. Ang mga materyal na ito ay makatiis ng matinding temperatura ng pagpupulong sa loob ng mahabang panahon. Ang isang karaniwang pagsubok para sa mga ibabaw na ito ay 500 ° C sa loob ng 15 minuto.

Upang masuri ang kakayahan ng flat non-electrolytic nickel / ginto na pinapagbinhi ng mga ibabaw upang maiwasan ang oksihenasyon ng nickel, pinag-aralan ang kakayahang magamit ng mga ibabaw na may edad na temperatura. Ang iba’t ibang init / kahalumigmigan at mga kundisyon ng oras ay nasubok. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang nikel ay sapat na protektado ng pag-leaching ng ginto, na pinapayagan ang mahusay na kakayahang magamit pagkatapos ng mahabang pagtanda.

Ang pagsasabog ng nikel sa ginto ay maaaring isang kadahilanan sa paglilimita para sa pagpupulong sa ilang mga kaso, tulad ng gintong thermalsonic wire-bonding. Sa application na ito, ang ibabaw ng nickel / ginto ay hindi gaanong advanced kaysa sa ibabaw ng nickel / palladium / gold. Inimbestigahan ni Iacovangelo ang mga katangian ng pagsasabog ng paladium bilang isang layer ng hadlang sa pagitan ng nickel at ginto at natagpuan na ang 0.5µm na palyadium ay pumipigil sa paglipat kahit na sa matinding temperatura. Ipinakita rin ng pag-aaral na ito na walang pagsasabog ng tanso sa pamamagitan ng 2.5µm ng nickel / palladium na tinukoy ng Auger spectroscopy sa loob ng 15 minuto sa 500 ° C.

Nickel lata intergeneric compound

Sa panahon ng pang-ibabaw na pagpapatakbo o pag-solder ng alon, ang mga atomo mula sa ibabaw ng PCB ay ihahalo sa mga atom ng panghinang, depende sa mga katangian ng pagsasabog ng metal at ang kakayahang bumuo ng “intermetallic compound” (Talaan 4).

Talahanayan 4. Diffusivity ng mga materyales sa PCB sa hinang

Temperatura ng metal ° C diffusivity (µinches / SEC.)

Ginto 450 486 117.9 167.5

Copper 450 525 4.1 7.0

Palladium 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Sa mga sistemang nickel / ginto at lata / tingga, ang ginto ay agad na natutunaw sa maluwag na lata. Ang solder ay bumubuo ng isang malakas na pagkakabit sa pinagbabatayan ng nickel sa pamamagitan ng pagbuo ng Ni3Sn4 intermetallic compound. Sapat na nikelang dapat ideposito upang matiyak na ang solder ay hindi makakarating sa ilalim ng tanso.Ipinakita ng mga sukat ni Bader na hindi hihigit sa 0.5µm ng nickel ang kinakailangan upang mapanatili ang hadlang, kahit na higit sa anim na mga siklo ng temperatura. Sa katunayan, ang maximum na intermetallic layer kapal na sinusunod ay mas mababa sa 0.5µm (20µinch).

porous

Ang non-electrolytic nickel / gold ay kamakailan lamang ay naging isang karaniwang pangwakas na patong ng PCB sa ibabaw, kaya’t ang mga pang-industriya na pamamaraan ay maaaring hindi angkop para sa ibabaw na ito. Ang isang proseso ng singaw ng nitric acid ay magagamit para sa pagsubok ng porosity ng electrolytic nickel / ginto na ginamit bilang isang plug-in na konektor (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Ang non-electrolytic nickel / impregnation ay hindi makakapasa sa pagsubok na ito. Ang isang pamantayang porosity ng Europa ay binuo gamit ang potassium ferricyanide upang matukoy ang kamag-anak na porosity ng mga patag na ibabaw, na ibinibigay sa mga tuntunin ng pores bawat square millimeter (mga bug / mm2). Ang isang mahusay na patag na ibabaw ay dapat magkaroon ng mas kaunti sa 10 butas bawat square millimeter na 100 x magnification.

konklusyon

Ang industriya ng pagmamanupaktura ng PCB ay interesado sa pagbabawas ng dami ng nikeladong idineposito sa pisara para sa mga kadahilanan ng gastos, oras ng pag-ikot, at pagiging tugma sa materyal. Ang minimum na detalye ng nickel ay dapat makatulong na maiwasan ang pagsasabog ng tanso sa ibabaw ng ginto, panatilihin ang mahusay na lakas ng hinang, at panatilihing mababa ang resistensya sa pakikipag-ugnay. Ang maximum na detalye ng nickel ay dapat payagan ang kakayahang umangkop sa pagmamanupaktura ng plate, dahil walang mga seryosong mode ng kabiguan na nauugnay sa makapal na mga deposito ng nickel.

Para sa karamihan ng mga disenyo ng circuit board ngayon, isang di-electrolytic nickel coating na 2.0µm (80µinches) ang kinakailangang minimum na kapal ng nickel. Sa pagsasagawa, isang hanay ng mga kapal ng nickel ay gagamitin sa maraming produksyon ng PCB (Larawan 2). Ang pagbabago sa kapal ng nickel ay magreresulta mula sa pagbabago ng mga pag-aari ng mga kemikal sa paliguan at ang pagbabago sa oras ng pananahanan ng awtomatikong nakakataas na makina. Upang matiyak ang isang minimum na 2.0µm, ang mga pagtutukoy mula sa mga end na gumagamit ay dapat mangailangan ng 3.5µm, isang minimum na 2.0µm, at isang maximum na 8.0µm.

Ang tinukoy na saklaw ng kapal ng nickel na ito ay napatunayan na angkop para sa paggawa ng milyun-milyong mga circuit board. Natutugunan ng saklaw ang kakayahang magamit, buhay ng istante at mga kinakailangan sa pakikipag-ugnay ng electronics ngayon. Dahil ang mga kinakailangan sa pagpupulong ay magkakaiba mula sa isang produkto patungo sa isa pa, maaaring kailanganing ma-optimize ang mga patong sa ibabaw para sa bawat partikular na aplikasyon.