Uchun oxirgi qoplama jarayoni PCB ishlab chiqarish so’nggi yillarda jiddiy o’zgarishlarga duch keldi. 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.

Oxirgi qoplama plyonkali mis folga yuzasini himoya qilish uchun ishlatiladi. Mis (Cu) – payvandlash komponentlari uchun yaxshi sirt, lekin oson oksidlanadi; Mis oksidi lehimning namlanishiga to’sqinlik qiladi. Oltin (Au) hozir misni yopish uchun ishlatilgan bo’lsa -da, chunki oltin oksidlanmaydi; Oltin va mis tezda tarqaladi va bir -biriga kiradi. Har qanday ochiq mis tezda payvandlanmaydigan mis oksidi hosil qiladi. Bir yondashuv – bu nikel (Ni) “to’siq qatlami” dan foydalanish, bu oltin va misning o’tishiga to’sqinlik qiladi va komponentlarni yig’ish uchun bardoshli, o’tkazuvchan sirtni ta’minlaydi.

Elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamasi uchun tenglikni talablari

Elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamasi bir nechta funktsiyalarni bajarishi kerak:

Oltin konining yuzasi

Devrenning yakuniy maqsadi PCB va komponentlar o’rtasida yuqori jismoniy kuch va yaxshi elektr xususiyatlariga ega aloqa o’rnatishdir. Agar tenglikni yuzasida oksid yoki ifloslanish bo’lsa, bu payvand choki bugungi zaif oqim bilan sodir bo’lmaydi.

Oltin tabiiy ravishda nikel ustida yotadi va uzoq saqlash paytida oksidlanmaydi. Biroq, oltin oksidlangan nikelga cho’kmaydi, shuning uchun nikel vannasi bilan oltinning erishi o’rtasida nikel toza bo’lishi kerak. 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. Elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamasidagi fosfor miqdori hammomni nazorat qilish, oksid va elektr va fizik xususiyatlarining muvozanatli muvozanati sifatida qaraladi.

qattiqligi

Elektrolitik bo’lmagan nikel bilan qoplangan sirtlar jismoniy kuch talab qiladigan ko’plab dasturlarda, masalan, avtomobil uzatuvchi rulmanlarda ishlatiladi. PCB talablari ushbu ilovalarga qaraganda ancha past, lekin ma’lum bir qattiqlik simlarni ulash, sensorli panelli kontaktlar, konnektorli ulagichlar va ishlov berishning barqarorligi uchun muhimdir.

Qo’rg’oshinni bog’lash uchun nikelning qattiqligi talab qilinadi. Agar qo’rg’oshin cho’kindi deformatsiyalansa, ishqalanish yo’qolishi mumkin, bu qo’rg’oshinning substratga “erishi” ga yordam beradi. SEM tasvirlari tekis nikel/oltin yoki nikel/palladiy (Pd)/oltin yuzasiga kirmaganligini ko’rsatdi.

Elektr xususiyatlari

Mis – kontaktlarning zanglashiga olib keladigan metall, chunki uni tayyorlash oson. Mis elektr tokini deyarli har bir metalga qaraganda yaxshiroq o’tkazadi (1 -jadval) 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

Mis 1.7 (shu jumladan Ω sm

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

Elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamasi 55 ~ 90 mkm sm

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. Mikroto’lqinli PCB signalining yo’qolishi dizaynerlik xususiyatlaridan oshib ketishi mumkin. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. Ko’pgina ilovalarda 2.5 mikrondan kam nikel konlarini ko’rsatish orqali elektr signallarini dizayn spetsifikatsiyasiga qaytarish mumkin.

Kontaktga qarshilik

Kontakt qarshiligi payvandlashdan farq qiladi, chunki nikel/oltin yuzasi oxirgi mahsulotning butun umri davomida payvandlanmagan holda qoladi. Uzoq vaqt davomida atrof -muhitga ta’sir qilgandan so’ng, nikel/oltin tashqi aloqa uchun o’tkazuvchan bo’lib qolishi kerak. 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, universal ulagichlar ishlashi kerak bo’lgan harorat, ko’pincha harbiy maqsadlar uchun belgilanadi; 200 ° C, bu harorat uchish uskunalari uchun tobora muhim ahamiyat kasb etmoqda.

Past haroratlarda nikel to’siqlari talab qilinmaydi. Harorat oshishi bilan nikel/oltin almashinuvining oldini olish uchun zarur bo’lgan nikel miqdori oshadi (II jadval).

Jadval 2. Nikel/oltinning kontakt qarshiligi (1000 soat)

Nikel to’siq qatlami 65 ° C da qoniqarli aloqa 125 ° C da qoniqarli aloqa 200 ° C da qoniqarli aloqa

0.0 mkm 100% 40% 0%

0.5 mkm 100% 90% 5%

2.0 mkm 100% 100% 10%

4.0 mkm 100% 100% 60%

Antler tadqiqotida ishlatiladigan nikel elektroliz qilingan. Baudrand 4 tomonidan tasdiqlanganidek, elektrolitik bo’lmagan nikelni takomillashtirish kutilmoqda. Biroq, bu natijalar 0.5 mkm oltin uchun, samolyot odatda 0.2 mkm cho’kadi. Samolyot 125 ° C da ishlaydigan aloqa elementlari uchun etarli deb taxmin qilish mumkin, lekin yuqori haroratli elementlar maxsus sinovlarni talab qiladi.

“Nikel qanchalik qalin bo’lsa, shuncha yaxshi to’siq bo’ladi, – deydi Antler, – lekin tenglikni ishlab chiqarish haqiqati muhandislarni faqat kerakli miqdorda nikel qo’yishga undaydi. Yassi nikel/oltin endi sensorli panelli aloqa nuqtalarini ishlatadigan uyali telefonlar va peyjerlarda ishlatiladi. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

Ulagich

Elektrolitik bo’lmagan nikel/oltin suvga cho’mish kamonli, pressli, past bosimli toymasin va boshqa payvandlanmagan ulagichli elektron platalar ishlab chiqarishda qo’llaniladi.

Plug-in ulagichlari uzoqroq jismoniy chidamlilikni talab qiladi. Bunday hollarda, elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamalari tenglikni qo’llash uchun etarlicha mustahkam bo’ladi, lekin oltinga cho’mish unday emas. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. Oltin chiqarilganda, ochilgan nikel tez oksidlanadi, natijada kontaktga qarshilik kuchayadi.

Elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamasi/oltinni botirish mahsulotning butun hayoti davomida bir nechta qo’shimchalarga bardosh beradigan ulagichlar uchun eng yaxshi tanlov bo’lmasligi mumkin. Ko’p maqsadli ulagichlar uchun nikel/palladiy/oltin yuzalar tavsiya etiladi.

The barrier layer

Elektrolitik bo’lmagan nikel plastinkada uchta to’siq qatlami vazifasini bajaradi: 1) misning oltinga tarqalishini oldini olish uchun; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) Ni3Sn4 intermetalik birikmalaridan hosil bo’lgan nikel manbai.

Misning nikelga tarqalishi

Misning nikel orqali o’tishi misning oltinga parchalanishiga olib keladi. 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. Shuning uchun, to’siq qatlamining harorat talabi 250 ° C dan past bo’lgan bir daqiqadan kam.

Turn va Ouen6 turli to’siq qatlamlarining mis va oltinga ta’sirini o’rganishdi. Ular shuni aniqladiki, “… 400 ° C va 550 ° S gacha bo’lgan mis o’tkazuvchanlik qiymatlarini solishtirish shuni ko’rsatadiki, olti darajali xrom va nikel tarkibida 8-10% fosfor bo’lgan nikel eng samarali to’siq qatlamlari hisoblanadi. (3 -jadval).

Jadval 3. Misning nikel orqali oltinga kirishi

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

0.25 mkm 1 mkm 12 mkm 18 mkm

0.50 mkm 1 mkm 6 mkm 15 mkm

1.00 mkm 1 mkm 1 mkm 8 mkm

2.00 mkm Diffuziya bo’lmagan diffuziya

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. Qizig’i shundaki, bu tajribada elektrolitik bo’lmagan nikel elektrolizlangan nikelga qaraganda 2-10 baravar yuqori samaradorlikka ega edi. Turn va Ouen ta’kidlashicha, “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

Ushbu haddan tashqari harorat sinovidan, nikelning qalinligi kamida 2 mkm xavfsiz ko’rsatkich hisoblanadi.

Nikelning oltinga tarqalishi

Elektrolitik bo’lmagan nikelning ikkinchi talabi shundaki, nikel oltin bilan singdirilgan “donalar” yoki “mayda teshiklar” orqali o’tmaydi. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

Nikel va oltindan keramik chiplarni tashuvchi sifatida ishlatiladigan bir nechta maqolalar mavjud. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. Ushbu sirtlar uchun umumiy sinov – 500 daqiqa davomida 15 ° C.

Yassi elektrolitik bo’lmagan nikel/oltin bilan singdirilgan sirtlarning nikel oksidlanishining oldini olish qobiliyatini baholash uchun haroratga bog’liq bo’lgan sirtlarning payvandlanishi o’rganildi. Different heat/humidity and time conditions were tested. Ushbu tadqiqotlar shuni ko’rsatdiki, nikel oltinni eritib yuborish orqali etarlicha himoyalangan bo’lib, uzoq qarishdan keyin yaxshi payvandlanishga imkon beradi.

Nikelning oltinga tarqalishi ba’zi hollarda yig’ilish uchun cheklovchi omil bo’lishi mumkin, masalan, oltin termalsonik sim bilan bog’lanish. Ushbu ilovada nikel/oltin yuzasi nikel/palladiy/oltin yuzasiga qaraganda kamroq rivojlangan. 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.

Nikel qalay avlodlararo birikma

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).

Jadval 4. Payvandlashda PCB materiallarining tarqalishi

Metall harorati ° C diffuzivligi (minch/ sek.)

Oltin 450 486 117.9 167.5

Mis 450 525 4.1 7.0

Palladiy 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

Nikel/oltin va qalay/qo’rg’oshin tizimlarida oltin darhol bo’sh qalayga eriydi. 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.Baderning o’lchovlari shuni ko’rsatdiki, to’siqni ushlab turish uchun, hatto oltidan ortiq harorat tsikli bo’lsa ham, 0.5 mikrondan ortiq nikel kerak emas edi. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

gözenekli

Elektrolitik bo’lmagan nikel/oltin yaqinda oddiy PCB sirt qoplamasiga aylandi, shuning uchun sanoat protseduralari bu sirt uchun mos kelmasligi mumkin. Azot kislotali bug ‘jarayoni, ulagich sifatida ishlatiladigan elektrolitik nikel/oltinning g’ovakliligini tekshirish uchun mavjud (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Elektrolitik bo’lmagan nikel/emdirish bu sinovdan o’tmaydi. Yassi sirtlarning nisbiy g’ovakliligini aniqlash uchun kaliy ferrisyanid yordamida Evropaning g’ovaklik standarti ishlab chiqilgan, bu kvadrat millimetrdagi teshiklar (xatolar /mm2) bo’yicha berilgan. Yaxshi tekis yuzada har bir millimetr uchun 10 x kattalashtirishda 100 tadan kam teshik bo’lishi kerak.

xulosa

PCB ishlab chiqarish sanoati narx, tsikl vaqti va materialning mosligi sabab taxtaga qo’yilgan nikel miqdorini kamaytirishdan manfaatdor. Minimal nikel spetsifikatsiyasi misning oltin yuzasiga tarqalishini oldini olish, payvand chokining yaxshi mustahkamligini saqlab turish va aloqa qarshiligini past darajada ushlab turishi kerak. Maksimal nikel spetsifikatsiyasi plastinka ishlab chiqarishda moslashuvchanlikni ta’minlashi kerak, chunki hech qanday jiddiy buzilish usullari qalin nikel konlari bilan bog’liq emas.

Hozirgi elektron platalar dizaynining ko’pchiligi uchun 2.0 mkm elektrolitik bo’lmagan nikel qoplamasi minimal nikel qalinligi hisoblanadi. Amalda, tenglikni ishlab chiqarish partiyasida bir qator nikel qalinligi ishlatiladi (2 -rasm). Nikel qalinligining o’zgarishi vannadagi kimyoviy xususiyatlarning o’zgarishi va avtomatik yuk ko’tarish mashinasining turish vaqtining o’zgarishi natijasida yuzaga keladi. Minimal 2.0 mkm ta’minlash uchun oxirgi foydalanuvchilarning spetsifikatsiyalari 3.5 mkm, minimal 2.0 mkm va maksimal 8.0 mkm bo’lishi kerak.

Bu nikel qalinligining belgilangan diapazoni millionlab elektron platalarni ishlab chiqarishga yaroqli ekanligini isbotladi. Bu assortiment payvandlash, yaroqlilik muddati va hozirgi elektronikaning aloqa talablariga javob beradi. O’rnatish talablari bir mahsulotdan boshqasiga farq qilganligi sababli, har bir alohida dastur uchun sirt qoplamalarini optimallashtirish zarur bo’lishi mumkin.