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PCB表面最終涂層概述

時間2014/08/07
人物Terry
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  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(hù)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(kuò)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(qiáng)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(dāng)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??墒牵鸩粫恋碓谘趸逆嚿厦?,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(xì)平衡考慮的。


  硬度

  非電解鎳涂層表面用在許多要求物理強(qiáng)度的應(yīng)用中,如汽車傳動的軸承。PCB的需要遠(yuǎn)沒有這些應(yīng)用嚴(yán)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(dá)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(jī);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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