PCB表面最終涂層概述
發(fā)表時間：2021-03-13 09:09:22 人氣：2973
PCB制造的最終涂層工藝在近年來已經(jīng)經(jīng)歷重要變化。這些變化是對克服HASL(hot air solder leveling)局限的不斷需求和HASL替代方法越來越多的結(jié)果。
最終涂層是用來保護電路銅箔的表面。銅(Cu)是焊接元件的很好的表面，但容易氧化;氧化銅阻礙焊錫的熔濕(wetting)。雖然現(xiàn)在使用金(Au)來覆蓋銅，因為金不會氧化;金與銅會迅速相互擴散滲透。任何暴露的銅都將很快形成不可焊接的氧化銅。一個方法是使用鎳(Ni)的“障礙層”，它防止金與銅轉(zhuǎn)移和為元件的裝配提供一個耐久的、導(dǎo)電性表面。
PCB對非電解鎳涂層的要求
非電解鎳涂層應(yīng)該完成幾個功能：
金沉淀的表面
電路的最終目的是在PCB與元件之間形成物理強度高、電氣特性好的連接。如果在PCB表面存在任何氧化物或污染，這個焊接的連接用當今的弱助焊劑是不會發(fā)生的。
金自然地沉淀在鎳上面，并在長期的儲存中不會氧化?？墒?，金不會沉淀在氧化的鎳上面，因此鎳必須在鎳浴(nickel bath)與金溶解之間保持純凈。這樣，鎳的第一個要求是保持無氧化足夠長的時間，以允許金的沉淀。元件開發(fā)出化學(xué)浸浴，以允許在鎳的沉淀中6~10%的磷含量。非電解鎳涂層中的這個磷含量是作為浸浴控制、氧化物、和電氣與物理特性的仔細平衡考慮的。
硬度
非電解鎳涂層表面用在許多要求物理強度的應(yīng)用中，如汽車傳動的軸承。PCB的需要遠沒有這些應(yīng)用嚴格，但是對于引線接合(wire-bonding)、觸感墊的接觸點、插件連接器(edge-connetor)和處理可持續(xù)性，一定的硬度還是重要的。
引線接合要求一個鎳的硬度。如果引線使沉淀物變形，摩擦力的損失可能發(fā)生，它幫助引線“熔”到基板上。SEM照片顯示沒有滲透到平面鎳/金或鎳/鈀(Pd)/金的表面。
電氣特性
由于容易制作，銅是選作電路形成的金屬。銅的導(dǎo)電性優(yōu)越于幾乎每一種金屬。金也具有良好的導(dǎo)電性，是最外層金屬的完美選擇，因為電子傾向于在一個導(dǎo)電路線的表面流動(“表層”效益)。
銅 1.7 μΩcm
金 2.4 μΩcm
鎳 7.4 μΩcm
非電解鎳鍍層 55~90 μΩcm
雖然多數(shù)生產(chǎn)板的電氣特性不受鎳層影響，鎳可影響高頻信號的電氣特性。微波PCB的信號損失可超過設(shè)計者的規(guī)格。這個現(xiàn)象與鎳的厚度成比例 - 電路需要穿過鎳到達焊錫點。在許多應(yīng)用中，電氣信號可通過規(guī)定鎳沉淀小于2.5μm恢復(fù)到設(shè)計規(guī)格之內(nèi)。
接觸電阻
接觸電阻與可焊接性不同，因為鎳/金表面在整個終端產(chǎn)品的壽命內(nèi)保持不焊接。鎳/金在長期環(huán)境暴露之后必須保持對外部接觸的導(dǎo)電性。Antler的1970年著作以數(shù)量表示鎳/金表面的接觸要求。研究了各種最終使用環(huán)境：3“65°C，在室溫下工作的電子系統(tǒng)的一個正常最高溫度，如計算機;125°C，通用連接器必須工作的溫度，經(jīng)常為軍事應(yīng)用所規(guī)定;200°C，這個溫度對飛行設(shè)備變得越來越重要。”
對于低溫環(huán)境，不需要鎳的屏障。隨著溫度的升高，要求用來防止鎳/金轉(zhuǎn)移的鎳的數(shù)量增加。
鎳屏障層 65°C時的滿意接觸 125°C時的滿意接觸 200°C時的滿意接觸
0.0 μm 100% 40% 0%
0.5 μm 100% 90% 5%
2.0 μm 100% 100% 10%
4.0 μm 100% 100% 60%
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