pcb表面最终涂层种类介绍

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1、PCB表面最终涂层种类介绍    PCB制造的最终涂层工艺在近年来已经经历重要变化。这些变化是对克服HASL(hotairsolderleveling)局限的不断需求和HASL替代方法越来越多的结果。　　最终涂层是用来保护电路铜箔的表面。铜(Cu)是焊接元件的很好的表面，但容易氧化；氧化铜阻碍焊锡的熔湿(wetting)。虽然现在使用金(Au)来覆盖铜，因为金不会氧化；金与铜会迅速相互扩散渗透。任何暴露的铜都将很快形成不可焊接的氧化铜。一个方法是使用镍(Ni)的“障碍层”，它防止金与铜转移和为元件的装配提供一个耐久的、导电性表面。　　PCB对非电解镍涂层的要求　　非电解镍涂层应该

2、完成几个功能：　　金沉淀的表面　　电路的最终目的是在PCB与元件之间形成物理强度高、电气特性好的连接。如果在PCB表面存在任何氧化物或污染，这个焊接的连接用当今的弱助焊剂是不会发生的。　　金自然地沉淀在镍上面，并在长期的储存中不会氧化。可是，金不会沉淀在氧化的镍上面，因此镍必须在镍浴(nickelbath)与金溶解之间保持纯净。这样，镍的第一个要求是保持无氧化足够长的时间，以允许金的沉淀。元件开发出化学浸浴，以允许在镍的沉淀中6~10%的磷含量。非电解镍涂层中的这个磷含量是作为浸浴控制、氧化物、和电气与物理特性的仔细平衡考虑的。　　硬度　　非电解镍涂层表面用在许多要求物理强度的应

3、用中，如汽车传动的轴承。PCB的需要远没有这些应用严格，但是对于引线接合(wire-bonding)、触感垫的接触点、插件连接器(edge-connetor)和处理可持续性，一定的硬度还是重要的。　　引线接合要求一个镍的硬度。如果引线使沉淀物变形，摩擦力的损失可能发生，它帮助引线“熔”到基板上。SEM照片显示没有渗透到平面镍/金或镍/钯(Pd)/金的表面。　　电气特性　　由于容易制作，铜是选作电路形成的金属。铜的导电性优越于几乎每一种金属(表一)1,2。金也具有良好的导电性，是最外层金属的完美选择，因为电子倾向于在一个导电路线的表面流动(“表层”效益)。　　表一、PCB金属的电阻

4、率　　铜1.7µΩcm　　金2.4µΩcm　　镍7.4µΩcm　　非电解镍镀层55~90µΩcm　　虽然多数生产板的电气特性不受镍层影响，镍可影响高频信号的电气特性。微波PCB的信号损失可超过设计者的规格。这个现象与镍的厚度成比例-电路需要穿过镍到达焊锡点。在许多应用中，电气信号可通过规定镍沉淀小于2.5µm恢复到设计规格之内。　　接触电阻　　接触电阻与可焊接性不同，因为镍/金表面在整个终端产品的寿命内保持不焊接。镍/金在长期环境暴露之后必须保持对外部接触的导电性。Antler的1970年著作以数量表示镍/金表面的接触要求。研究了各种最终使用环境：3“65°C，在室温下工作的电子

5、系统的一个正常最高温度，如计算机；125°C，通用连接器必须工作的温度，经常为军事应用所规定；200°C，这个温度对飞行设备变得越来越重要。”　　对于低温环境，不需要镍的屏障。随着温度的升高，要求用来防止镍/金转移的镍的数量增加(表二)。　　表二、镍/金的接触电阻(1000小时结果)　　镍屏障层65°C时的满意接触125°C时的满意接触200°C时的满意接触　　0.0µm　　　　　100%　　　　　　　40%　　　　　　　　0%　　0.5µm　　　　　100%　　　　　　　90%　　　　　　　　5%　　2.0µm　　　　　100%　　　　　　　100%　　　　　　　10%　　4.

6、0µm　　　　　100%　　　　　　　100%　　　　　　　60%　　在Antler的研究中使用的镍是电镀的。预计从非电解镍中将得到改善，如Baudrand所证实的4。可是，这些结果是对0.5µm的金，这里平面通常沉淀0.2µm。平面可以推断对于在125°C操作的接触元件是足够的，但更高的温度元件将要求专门的测试。　　Antler建议：“镍越厚，屏障越好，在所有情况中都是如此，但是PCB制造的实际情况鼓励工程师只沉淀所需要的镍量。平面镍/金现在已经用于那些使用触感垫接触点的蜂窝电话和寻呼机。这类元件的规格是至少2µm镍。　　连接器　　非电解镍/浸金使用于含有弹簧配合、压入配合、低

7、压滑动合其他无焊接连接器的电路板生产。　　插件连接器要求更长的物理耐久性。在这些情况中，非电解镍涂层对于PCB应用的强度是足够的，但是浸金则不够。很薄的纯金(60~90Knoop)在重复摩擦时会从镍上摩损掉。当金去掉后，暴露的镍很快氧化，结果增加接触电阻。　　非电解镍涂层/浸金可能不是那些在整个产品寿命内经受多次插入的插件连接器的最佳选择。推荐镍/钯/金表面用于多用途连接器。屏障层　　非电解镍在板上有三个屏障层的功能：1)防止铜对金的扩散；2)防止金对镍的扩散；3)Ni3Sn4金