די לעצט קאָוטינג פּראָצעס פֿאַר פּקב מאַנופאַקטורינג האט אַנדערגאָן באַטייַטיק ענדערונגען אין די לעצטע יאָרן. 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.

די לעצט קאָוטינג איז געניצט צו באַשיצן די ייבערפלאַך פון די קרייַז קופּער שטער. קופּער (קו) איז אַ גוט ייבערפלאַך פֿאַר וועלדינג קאַמפּאָונאַנץ, אָבער איז לייכט אַקסאַדייזד; קופּער אַקסייד ימפּיד די וואָטערינג פון סאַדער. כאָטש גאָלד (אַו) איז איצט געניצט צו דעקן קופּער, ווייַל גאָלד אַקסאַדייז נישט; גאָלד און קופּער וועט געשווינד דיפיוז און דורכנעמען יעדער אנדערע. קיין יקספּאָוזד קופּער וועט געשווינד פאָרעם אַ ניט-וועלדאַבלע קופּער אַקסייד. איין צוגאַנג איז צו נוצן אַ ניקאַל (ני) “שלאַבאַן שיכטע” וואָס פּריווענץ אַריבערפירן פון גאָלד און קופּער און גיט אַ דוראַבאַל, קאַנדאַקטיוו ייבערפלאַך פֿאַר קאָמפּאָנענט פֿאַרזאַמלונג.

פּקב באדערפענישן פֿאַר ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינג

די ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינג זאָל דורכפירן עטלעכע פאַנגקשאַנז:

די ייבערפלאַך פון אַ גאָלד אַוועקלייגן

די לעצט ציל פון די קרייַז איז צו מאַכן אַ קשר מיט הויך גשמיות שטאַרקייט און גוט ילעקטריקאַל קעראַקטעריסטיקס צווישן פּקב און קאַמפּאָונאַנץ. אויב עס איז אַקסייד אָדער קאַנטאַמאַניישאַן אויף די פּקב ייבערפלאַך, דעם וועלדעד שלאָס וואָלט נישט פּאַסירן מיט די שוואַך פלאַקס פון הייַנט.

גאָלד דיפּאַזאַץ געוויינטלעך אויף שפּיץ פון ניקאַל און אַקסאַדייז נישט בעשאַס לאַנג סטאָרידזש. אָבער, די גאָלד טוט נישט באַזעצן אויף די אַקסאַדייזד ניקאַל, אַזוי די ניקאַל מוזן בלייַבן ריין צווישן די ניקאַל וואַנע און די דיסאַלושאַן פון די גאָלד. 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. דער פאַספעראַס אינהאַלט אין די ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינג איז גערעכנט ווי אַ אָפּגעהיט וואָג פון וואַנע קאָנטראָל, אַקסייד און עלעקטריקאַל און גשמיות פּראָפּערטיעס.

כאַרדנאַס

ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטאַד סערפאַסיז זענען געניצט אין פילע אַפּלאַקיישאַנז וואָס דאַרפן גשמיות שטאַרקייט, אַזאַ ווי אָטאַמאָוטיוו טראַנסמיסיע בערינגז. פּקב באדערפענישן זענען פיל ווייניקער שטרענג ווי די פֿאַר די אַפּלאַקיישאַנז, אָבער אַ זיכער כאַרדנאַס איז וויכטיק פֿאַר דראָט-באַנדינג, טאָוטשפּאַד קאָנטאַקטן, ברעג קאַננעקטאָר קאַנעקטערז און פּראַסעסינג סאַסטיינאַביליטי.

פירן באַנדינג ריקווייערז אַ ניקאַל כאַרדנאַס. רייַבונג לאָס קענען פּאַסירן אויב די פירן דיפאָרמז די אָפּזעצנ זיך, וואָס העלפּס די פירן “צעשמעלצן” אין די סאַבסטרייט. סעם בילדער געוויזן קיין דורכדרונג אין די ייבערפלאַך פון פלאַך ניקאַל/גאָלד אָדער ניקאַל/פּאַללאַדיום (פּד)/גאָלד.

עלעקטריקאַל קעראַקטעריסטיקס

קופּער איז די מעטאַל פון ברירה פֿאַר קרייַז פאָרמירונג ווייַל עס איז גרינג צו מאַכן. קופּער קאַנדאַקץ עלעקטרע בעסער ווי כּמעט יעדער מעטאַל (טיש 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

קופּער 1.7 (אַרייַנגערעכנט Ω סענטימעטער

Gold (including 2.4 Ω cm

Nickel (including 7.4 Ω cm

ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינג 55 ~ 90 µ ω סענטימעטער

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. מייקראַווייוו פּקב סיגנאַל אָנווער קענען יקסיד דיזיינער ספּעסאַפאַקיישאַנז. This phenomenon is proportional to the thickness of the nickel – the circuit needs to pass through the nickel to reach the solder spot. אין פילע אַפּלאַקיישאַנז, עלעקטריקאַל סיגנאַלז קענען זיין ריסטאָרד צו די פּלאַן באַשרייַבונג דורך ספּעסאַפייינג ניקאַל דיפּאַזאַץ פון ווייניקער ווי 2.5μ ם.

קאָנטאַקט קעגנשטעל

קאָנטאַקט קעגנשטעל איז אַנדערש פֿון וועלדאַביליטי ווייַל די ייבערפלאַך פון ניקאַל/גאָלד בלייבט אַנוועלד איבער די לעבן פון די סוף פּראָדוקט. ניקאַל/גאָלד מוזן בלייבן קאַנדאַקטיוו צו פונדרויסנדיק קאָנטאַקט נאָך פּראַלאָנגד ינווייראַנמענאַל ויסשטעלן. 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, די טעמפּעראַטור אין וואָס וניווערסאַל קאַנעקטערז מוזן אַרבעטן, אָפט ספּעסיפיעד פֿאַר מיליטעריש אַפּלאַקיישאַנז; 200 ° C, די טעמפּעראַטור ווערט מער און מער וויכטיק פֿאַר פליענדיק ויסריכט. ”

פֿאַר נידעריק טעמפּעראַטורעס, ניקאַל באַריערז זענען נישט פארלאנגט. ווען די טעמפּעראַטור ינקריסיז, די סומע פון ​​ניקאַל פארלאנגט צו פאַרמייַדן ניקאַל/גאָלד אַריבערפירן ינקריסיז (טיש וו).

טיש 2. קאָנטאַקט קעגנשטעל פון ניקאַל/גאָלד (1000 שעה)

ניקאַל שלאַבאַן שיכטע באַפרידיקנדיק קאָנטאַקט ביי 65 ° C באַפרידיקנדיק קאָנטאַקט ביי 125 ° C באַפרידיקנדיק קאָנטאַקט ביי 200 ° C

0.0 μ ם 100% 40% 0%

0.5 μ ם 100% 90% 5%

2.0 μ ם 100% 100% 10%

4.0 μ ם 100% 100% 60%

די ניקאַל געניצט אין Antler ס לערנען איז ילעקטראַפּלייטיד. ימפּרווומאַנץ זענען געריכט פֿון ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל, ווי באשטעטיקט דורך Baudrand 4. די רעזולטאַטן זענען אָבער פֿאַר 0.5 μ ם גאָלד, ווו די פלאַך יוזשאַוואַלי פּריסיפּיטייץ 0.2 μm. דער פלאַך קענען זיין גענוצט צו זיין גענוג פֿאַר קאָנטאַקט עלעמענטן וואָס אַרבעטן ביי 125 ° C, אָבער עלעמענטן מיט העכער טעמפּעראַטור דאַרפן ספּעציעלע טעסטינג.

“די טיקער די ניקאַל, די בעסער די שלאַבאַן, אין אַלע קאַסעס,” Antler סאַגדזשעסץ, “אָבער די ריאַלאַטיז פון פּקב מאַנופאַקטורינג מוטיקן ענדזשאַנירז צו אַוועקלייגן בלויז ווי פיל ניקאַל ווי נויטיק. פלאַך ניקאַל/גאָלד איז איצט געוויינט אין רירעוודיק פאָנעס און פּיידזשערז וואָס נוצן פאַרבינדן פונקטן. The specification for this type of element is at least 2 µm nickel.

די קאַנעקטער

ניט-ילעקטראַליטיק טונקען פון ניקאַל/גאָלד איז געניצט אין דער פּראָדוקציע פון ​​קרייַז באָרדז מיט פרילינג פּאַסיק, דרוק-פּאַסיק, נידעריק-דרוק סליידינג און אנדערע ניט-וועלדעד קאַנעקטערז.

צאַפּן-אין קאַנעקטערז דאַרפן מער גשמיות געווער. אין די קאַסעס, ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינגז זענען שטאַרק גענוג פֿאַר פּקב אַפּלאַקיישאַנז, אָבער גאָלד טבילה איז נישט. Very thin pure gold (60 to 90 Knoop) will rub away from the nickel during repeated friction. ווען די גאָלד איז אַוועקגענומען, די יקספּאָוזד ניקאַל אַקסאַדייז ראַפּאַדלי, ריזאַלטינג אין אַ פאַרגרעסערן אין קאָנטאַקט קעגנשטעל.

ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינג/גאָלד טבילה קען נישט זיין דער בעסטער ברירה פֿאַר צאַפּן-אין קאַנעקטערז וואָס פאַרטראָגן קייפל ינסערץ איבער די לעבן פון די פּראָדוקט. ניקאַל/פּאַללאַדיום/גאָלד סערפאַסיז זענען רעקאַמענדיד פֿאַר מאַלטיפּערפּאַס קאַנעקטערז.

The barrier layer

ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל האט די פונקציע פון ​​דרייַ שלאַבאַן לייַערס אויף די טעלער: 1) צו פאַרמייַדן די דיפיוזשאַן פון קופּער צו גאָלד; 2) To prevent the diffusion of gold to nickel; 3) מקור פון ניקאַל געשאפן דורך Ni3Sn4 ינטערמעטאַלליק קאַמפּאַונדז.

דיפיוזשאַן פון קופּער צו ניקאַל

די אַריבערפירן פון קופּער דורך ניקאַל וועט פירן צו דיקאַמפּאָוזישאַן פון קופּער צו ייבערפלאַך גאָלד. 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. דעריבער, דער טעמפּעראַטור פאָדערונג פון די שלאַבאַן שיכטע איז ווייניקער ווי איין מינוט אונטער 250 ° C.

Turn און Owen6 האָבן געלערנט די ווירקונג פון פאַרשידענע שלאַבאַן לייַערס אויף קופּער און גאָלד. זיי געפֿונען אַז “… די פאַרגלייַך פון קופּער לעדוירעס וואַלועס ביי 400 ° C און 550 ° C ווייזט אַז כעקסאַוואַלענט קראָומיאַם און ניקאַל מיט 8-10% פאַספעראַס אינהאַלט זענען די מערסט עפעקטיוו שלאַבאַן לייַערס געלערנט. (טיש 3).

טיש 3. דורכפאָר פון קופּער דורך ניקאַל צו גאָלד

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

0.25 μ ם 1 μm 12 μm 18 μm

0.50 μ ם 1 μm 6 μm 15 μm

1.00 μ ם 1 μm 1 μ M 8 μm

2.00 μ ם ניט-דיפיוזשאַן ניט-דיפיוזשאַן ניט-דיפיוזשאַן

According to the Arrhenius equation, diffusion at lower temperatures is exponentially slower. ינטערעסטינגלי, אין דעם עקספּערימענט, ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל איז געווען 2 צו 10 מאל מער עפעקטיוו ווי ילעקטראַפּלייטיד ניקאַל. טורן און אָווען באַמערקן אַז “… A (8%) 2µm(80µinch) barrier of this alloy reduces copper diffusion to a negligible level.”

פֿון דעם עקסטרעם טעמפּעראַטור פּרובירן, אַ ניקאַל גרעב פון לפּחות 2 μ ם איז אַ זיכערע באַשרייַבונג.

דיפיוזשאַן פון ניקאַל צו גאָלד

די צווייטע פאָדערונג פון ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל איז אַז ניקאַל זאָל נישט מייגרייט דורך “גריינז” אָדער “פייַן האָלעס” ימפּרעגנייטאַד מיט גאָלד. If nickel comes into contact with air, it will oxidize. Nickel oxide is not soldable and difficult to remove with flux.

עס זענען עטלעכע אַרטיקלען אויף ניקאַל און גאָלד געניצט ווי סעראַמיק שפּאָן קאַריערז. These materials withstand the extreme temperatures of assembly for a long time. א פּראָסט פּראָבע פֿאַר די סערפאַסיז איז 500 ° C פֿאַר 15 מינוט.

כּדי צו אָפּשאַצן די פיייקייט פון פלאַך ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל/גאָלד ימפּרעגנייטאַד סערפאַסיז צו פאַרמייַדן ניקאַל אַקסאַדיישאַן, די וועלדאַביליטי פון טעמפּעראַטור-אַלט ייבערפלאַך איז געלערנט. Different heat/humidity and time conditions were tested. די שטודיום האָבן געוויזן אַז ניקאַל איז אַדאַקוואַטלי פּראָטעקטעד דורך ליטשינג גאָלד, וואָס אַלאַוז גוט וועלדאַביליטי נאָך לאַנג יידזשינג.

דיפוסיאָן פון ניקאַל צו גאָלד קען זיין אַ לימאַטינג פאַקטאָר פֿאַר פֿאַרזאַמלונג אין עטלעכע קאַסעס, אַזאַ ווי גאָלד טערמאַלסאַניק דראָט-באַנדינג. אין דעם אַפּלאַקיישאַן, די ייבערפלאַך פון ניקאַל/גאָלד איז ווייניקער אַוואַנסירטע ווי די ייבערפלאַך פון ניקאַל/פּאַללאַדיום/גאָלד. 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.

ניקאַל צין ינטערגענעריק קאַמפּאַונד

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).

טיש 4. דיפוסיוויטי פון פּקב מאַטעריאַלס אין וועלדינג

מעטאַל טעמפּעראַטור ° C דיפיוזטיוואַטי (μinches/ סעק.)

גאָלד 450 486 117.9 167.5

קופּער 450 525 4.1 7.0

פּאַללאַדיום 450 525 1.4 6.2

Nickel 700 1.7

אין ניקאַל/גאָלד און צין/פירן סיסטעמען, די גאָלד מיד דיסאַלווז אין פרייַ צין. 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.באַדער ס מעזשערמאַנץ געוויזן אַז ניט מער ווי 0.5 μ ם פון ניקאַל איז פארלאנגט צו טייַנען די שלאַבאַן, אפילו דורך מער ווי זעקס טעמפּעראַטור סייקאַלז. In fact, the maximum intermetallic layer thickness observed is less than 0.5µm(20µinch).

פּאָרעז

ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל/גאָלד איז לעצטנס געווארן אַ פּראָסט לעצט פּקב ייבערפלאַך קאָוטינג, אַזוי ינדאַסטריאַל פּראָוסידזשערז קען נישט זיין פּאַסיק פֿאַר דעם ייבערפלאַך. א ניטריק זויער פּאַרע פּראָצעס איז בארעכטיגט פֿאַר טעסטינג די פּאָראָסיטי פון ילעקטראַליטיק ניקאַל/גאָלד געניצט ווי אַ צאַפּן-אין קאַנעקטער (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל/ימפּרעגניישאַן וועט נישט דורכגיין דעם פּראָבע. א אייראפעישער פּאָראָסיטי סטאַנדאַרט איז דעוועלאָפּעד מיט פּאַטאַסיאַם פערריסיאַנידע צו באַשליסן די קאָרעוו פּאָראָסיטי פון פלאַך סערפאַסיז, ​​וואָס איז געגעבן אין טערמינען פון פּאָרעס פּער קוואַדראַט מילאַמיטער (באַגז /ממ 2). א גוטע פלאַך ייבערפלאַך זאָל האָבן ווייניקער ווי 10 האָלעס פּער קוואַדראַט מילאַמיטער ביי 100 קס מאַגנאַפאַקיישאַן.

סאָף

די פּקב מאַנופאַקטורינג ינדאַסטרי איז אינטערעסירט אין רידוסינג די סומע פון ​​ניקאַל דאַפּאַזיטיד אויף די ברעט פֿאַר קאָס, ציקל צייט און מאַטעריאַל קאַמפּאַטאַבילאַטי. די מינימום ניקאַל באַשרייַבונג זאָל העלפֿן פאַרמיידן קופּער דיפיוזשאַן צו די גאָלד ייבערפלאַך, האַלטן גוט וועלד שטאַרקייט און האַלטן קאָנטאַקט קעגנשטעל נידעריק. די מאַקסימום ניקאַל באַשרייַבונג זאָל לאָזן בייגיקייט אין טעלער מאַנופאַקטורינג, ווייַל קיין ערנסט דורכפאַל מאָדעס זענען פארבונדן מיט דיק ניקאַל דיפּאַזאַץ.

פֿאַר רובֿ פון די היינט קרייַז ברעט דיזיינז, אַ ניט-ילעקטראַליטיק ניקאַל קאָוטינג פון 2.0µm (80µinches) איז די מינימום פארלאנגט ניקאַל גרעב. אין פיר, אַ קייט פון ניקאַל טהיקקנעססעס וועט זיין געוויינט אויף אַ פּראָדוקציע פּלאַץ פון די פּקב (פיגורע 2). די ענדערונג אין ניקאַל גרעב איז געפֿירט דורך די ענדערונג אין די פּראָפּערטיעס פון די וואַנע קעמיקאַלז און די ענדערונג אין די וווינונג צייט פון די אָטאַמאַטיק ליפטינג מאַשין. צו ענשור אַ מינימום פון 2.0μ ם, ספּעסאַפאַקיישאַנז פון סוף יוזערז זאָל דאַרפן 3.5μm, אַ מינימום פון 2.0μm און אַ מאַקסימום פון 8.0μm.

די ספּעסיפיעד קייט פון ניקאַל גרעב איז פּאַסיק פֿאַר דער פּראָדוקציע פון ​​מיליאַנז פון קרייַז באָרדז. די קייט טרעפן די וועלדאַביליטי, פּאָליצע לעבן און קאָנטאַקט רעקווירעמענץ פון הייַנט ס עלעקטראָניק. ווייַל די פֿאַרזאַמלונג באדערפענישן זענען אַנדערש פון איין פּראָדוקט צו דעם אנדערן, ייבערפלאַך קאָוטינגז קען זיין אָפּטימיזעד פֿאַר יעדער אַפּלאַקיישאַן.