Иммерсионное золото что это
Финишное покрытие: иммерсионное золото
Иммерсионное золото (ENIG) – это химическое осаждение золотого слоя на никелевый подслой. Одна из основных альтернатив технологии HASL. Является финишным покрытием семейства Ni/Au (Immersion Gold+Electroless Nickel). Базовая толщина золотого слоя 0,05-0,1 мкм, никеля 3-7 мкм. Материал удовлетворяет всем обязательным требованиям директивы ЕС RoHS.
Преимущества использования
Особенности нанесения
Финишное покрытие наносится на гальванический никель химическим методом создания тонкого золотого слоя. Благодаря невысокой механической прочности, ENIG быстро изнашивается. Именно поэтому, наносить иммерсионное золото на ножевые разъемы не рекомендуется.
Помимо этого, при создании интерметаллидных сплавов и легирования золота с медью через слой никеля, возрастает вероятность возникновения черных площадок – дефекта, который препятствует монтажу и дальнейшему использованию печатных плат.
Причины появления черных площадок
Появление черных контактных площадок происходит вследствие легирования металлов (процесса растворения тонкого слоя золота в подслое никеля). В результате, в момент осаждения никеля в него внедряется фосфор. Еще одна причина возникновения данного дефекта – передержка в процессе пайки флюса.
Процесс золочения
Процесс является многоэтапным. Сперва, печатные платы проходят первичную обработку в процессе которой активируются поверхности. Затем, слой химического никеля (толщиной 3-7 мкм) осаждают. При помощи обменной реакции происходит восстановление 0,05-0,2 мкм слоя золота.
Основная функция золота – защита никеля от возможного окисления, при этом сам никель эффективно предотвращает диффузию меди/золота. Все процессы нанесения покрытия происходят в особом температурном режиме ( ˚ ).
Что такое иммерсионное золото для печатных плат?
Что такое иммерсионное золото для печатных плат?
1. Что такое химическое нанесение покрытия?
2. Что такое PCB Immersion Gold?
3. Зачем нам PCB Immersion gold?
4. Каковы преимущества использования печатных плат с иммерсионным золотом?
1. Иммерсионная золотая пластина имеет яркий цвет, хороший цвет и хороший внешний вид.
2. Кристаллическую структуру, образованную иммерсионным золотом, легче сваривать, чем другие виды обработки поверхности печатных плат, она может иметь лучшие характеристики и обеспечивать качество.
3. Поскольку на плате с иммерсионным золотом есть только никель и золото, это не повлияет на сигнал, потому что передача сигнала осуществляется на медном слое.
4. Металлические свойства золота относительно стабильны, кристаллическая структура более плотная, и реакция окисления протекает нелегко.
5. Поскольку на контактных площадках погружной золотой платы есть только никель и золото, паяльная маска на схеме и медный слой соединяются более плотно, и нелегко вызвать микрокороткое замыкание.
6. Проект не повлияет на расстояние во время компенсации.
7. Напряжение погружной золотой пластины легче контролировать.
8. Для плат с высоким спросом требования к плоскостности лучше. Как правило, используется иммерсионное золото, а иммерсионное золото обычно не появляется в виде черной подушки после сборки.
5. Когда использовать иммерсионную обработку поверхности золотом при проектировании печатных плат?
При проектировании печатных плат стоимость иммерсионного золота относительно высока, и процесс иммерсионного золота не требуется при нормальных обстоятельствах. Итак, как нам отличить, какая плата PCBA требует иммерсионного золота, а какая плата не требует иммерсионного золота? Его можно проанализировать и оценить по следующим ситуациям.
1. На доске есть золотые пальцы, которые необходимо покрыть золотом, но все области, кроме золотых пальцев, можно погрузить в золото, что является обычным процессом «иммерсионное золото + позолоченные пальцы». Иногда некоторые дизайнеры выбирают метод погружения в золото целиком, чтобы сэкономить деньги или время. Достигните цели, но иммерсионное золото не может достичь толщины золотого покрытия, если золотые пальцы часто вставляются и отслаиваются, соединение будет плохим.
2. Недостаточная ширина линии платы / расстояние между площадками. В этом случае часто бывает трудно произвести с использованием процесса распыления олова, и есть больше коротких замыканий, таких как оловянные мостики. Поэтому для производительности платы использование иммерсионного золота в принципе не произойдет. Происходит.
3. Печатная плата иммерсионным золотом или золотым покрытием. Поскольку на поверхности контактной площадки имеется слой золота, ее паяемость хорошая, а характеристики платы также стабильны. Для других печатных плат не нужно выбирать процесс иммерсионного золота, чтобы сократить расходы. Другое дело, если у вас есть требования к паяемости и электрическим свойствам платы.
4. Недостаток заключается в том, что иммерсионное золото для печатных плат дороже, чем обычное напыление олова, и обычно оно дороже, если толщина золота превышает толщину традиционного завода по производству пластин. Золочение дороже, но работает хорошо. Со сваркой проблем нет.
6. Принцип и процесс иммерсионного золота.
1. Отверстие → Обезжиривание → Промывка → Микротравление → Промывка → Предварительное замачивание → Активация → Промывка → Иммерсионный никель → Промывка → Иммерсионное золото → Промывка → Сушка
2. Завершите отверстие, чтобы деактивировать оставшийся палладий в отверстии без сквозных отверстий, чтобы предотвратить осаждение никеля и золота.
3. Обезжиривание, используемое для удаления легкой смазки и оксидов с медной поверхности, очистки медной поверхности и повышения смачиваемости.
4. Микротравление, кислотный раствор для микротравления персульфата натрия используется для придания шероховатости поверхности меди и увеличения адгезии между медью и химическим слоем никеля. При производстве иммерсионного никелевого золота также используется сернокислый пероксид водорода или кислый раствор персульфата калия для микротравления.
5. Предварительное замачивание, поддержание кислотности резервуара активации и поддержание поверхности меди в свежем состоянии (без оксида), введите в резервуар активации.
6. Активация. В электрохимической последовательности медь находится за никелем, поэтому поверхность меди должна быть активирована, прежде чем можно будет проводить химическое никелирование. Большинство производителей печатных плат активируют его, сначала создавая заменяющий слой палладия на поверхности меди.
7. Никель осаждается на поверхности чистой меди при активации палладия. Когда иммерсионное золото покрывает каталитический кристалл палладия, автокаталитическая реакция будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута необходимая толщина слоя никеля.
8. Погрузите золото, нанесите тонкое золото на поверхность активного никеля с помощью реакции химического замещения. Когда поверхность печатной платы покрывается слоем никеля и помещается в резервуар для золота, на поверхность никеля воздействует жидкость резервуара, чтобы растворить ионы никеля. Два выброшенных электрона получают ионы цианида золота, а на поверхность никеля наносится слой золота. Можно видеть, что растворение одного атома никеля может привести к осаждению двух атомов золота, и поскольку на слое золота много пор, хотя поверхность покрыта слоем золота, пористая поверхность никеля все еще может растворяться. и осаждение продолжается. Слой золота становится все медленнее и медленнее. Следовательно, толщина тонкого слоя иммерсионного золота, образованного реакцией замещения, обычно может достигать предела за 20-30 минут.
7. Анализ типичных дефектов процесса иммерсионного золота
1. Покрытие утечек
Причина: активность никелевого цилиндра и палладиевого цилиндра относительно недостаточна, что не может соответствовать потенциальной энергии реакции положения подушки, что вызывает остановку химической реакции осаждения никеля на полпути, или металлическое золото никель не осаждается на все.
2. Диффузионное покрытие
Причина 1: Высокая активность никелевого цилиндра приводит к плохой селективности, что не только вызывает химическое осаждение на поверхности меди, но также химическое осаждение в других областях (таких как подложка, сторона зеленого масла и т. Д.), Вызывая осаждение в места, которые не должны храниться. Химическое никелевое золото.
Причина 2: необходимо различать, вызвано ли это внешним загрязнением или остатками (такими как медь, зеленое масло и т. Д.). Если да, удалите плату горизонтальным микротравлением или другими методами.
3. Отклонить золото
Причина: разделение слоя золота и слоя никеля указывает на то, что сила связи между слоем никеля и слоем золота очень низкая, а аномалия поверхности никеля вызывает отторжение золота.
4. Выбросьте никель
Причина: предыдущий процесс обработки никелевого цилиндра некачественный, или поверхностные примеси меди (включая остатки сырого масла) не могут быть удалены, и это повлияет на силу сцепления между слоем никеля и поверхностью меди, что приведет к отторжению никеля.
5. Золото на сквозных отверстиях
Причина: слишком много палладия при прямом гальваническом или химическом осаждении меди, или активность никелевого цилиндра слишком высока.
6. Шероховатая золотая поверхность
Причины: шероховатая медная поверхность, нечистая медная поверхность и дисбаланс никелевого резервуара, вызванный медным покрытием.
7. Угловая плоская обшивка
Причины: локальная циркуляция никелевого цилиндра слишком быстрая, температура никелевого цилиндра локально слишком высока, а концентрация никелевого стабилизатора цилиндра слишком высока.
8. Плохой золотистый цвет
Причины: слишком много стабилизатора для золотого цилиндра, серьезная недостаточная толщина золотого слоя, слишком долгий срок службы золотого цилиндра или неправильная промывка.
Иммерсионное золочение под пайку
Аркадий Медведев
Юрий Набатов
Петр Семенов
Светлана Шкундина
Необходимость использования иммерсионного золочения для пайки обусловлена рядом причин. В первую очередь, это альтернатива металлургическим покрытиям под пайку. И хотя горячее лужение (HASL-процесс) или оплавление гальванического сплава олово-свинец обладают лучшей паяемостью, они оставляют на плате наплывы, мешающие нанесению пасты и установке мелких компонентов. Кроме того, мощный термоудар, который испытывают платы при лужении и оплавлении, травмирует их, снижает ресурс по обеспечению надежности межсоединений. Но увеличение плотности компоновки печатных узлов за счет использования BGA-компонентов с малым шагом выводов и чип-компонентов в микрокорпусах потребовало плоских монтажных поверхностей. Именно это обусловило применение финишных покрытий, обеспечивающих сочетание хорошей паяемости и плоской поверхности для установки и пайки высокоинтегрированных компонентов. В числе плоских финишных покрытий иммерсионное золочение – не единственное покрытие. Но пока что оно занимает лидирующие позиции по распространенности в изделиях ответственного применения (таблица) [1].
Таблица. Распространенность финишных покрытии на мировом рынке печатных плат
| 2000 | 2003 | 2005 | 2008 | 2011 | |
| HASL-процесс | 65% | 62% | 54% | 45% | 25% |
| ИК-оплавление | 3% | 2% | 2% | 1% | 1% |
| Органическое покрытие (бытовые изделия) | 10% | 11% | 12% | 12% | 12% |
| Иммерсионное золото по никелю | 14% | 16% | 19% | 26% | 30% |
| Иммерсионное олово с барьерным подслоем | 1% | 3% | 8% | 11% | 28% |
| Другие покрытия | 7% | 6% | 5% | 5% | 4% |
| Всего | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% |
Само покрытие представляет собой композицию из меди контактной площадки, подслоя химически осажденного никеля и иммерсионно осажденного золота. Тонкий слой золота толщиной 0,05-0,1 мкм несет единственную функцию – защитить никель от окисления для последующей пайки. При пайке оно быстро растворяется в припое, при этом обнажается свежая поверхность никеля для смачивания припоем.
Всякий иммерсионный процесс состоит в реакции замещения одного металла другим из раствора. Поэтому толщина иммерсионного золота в данном случае принципиально не может быть большой: как только поверхность никеля будет закрыта золотом, ее взаимодействие с раствором для реакции замещения прекратится. Это значит, что все участки поверхности никеля будут обязательно покрыты золотом, пока они свободны для реакции замещения, а также что, несмотря на чрезвычайно малую толщину иммерсионно осажденного золота, его сплошность гарантируется самим механизмом процесса.
Иммерсионное золото можно было бы осаждать и прямо на медь контактной площадки, но их взаимная диффузия приводила бы к быстрой потере паяемости из-за превращения тонкого слоя золота в интерметаллоид CuXAuY, который не растворяется в припое. Барьерный подслой никеля толщиной 3-6 мкм предотвращает этот процесс диффузии и потерю паяемости.
Иммерсионное золото с подслоем никеля (Electroless Nikel/Immersion Gold, ENIG) позволяет проводить несколько циклов перепаек и гарантирует паяе-мость в течение 6 месяцев [3]. Это покрытие имеет плоскую контактную поверхность и хорошо смачивается припоем при правильном подборе флюса.
Иммерсионное золото можно также использовать как покрытие под накрутку, покрытие для контактов нажимного типа, для разъемов с нулевым усилием сочленения (контактирование без трения), для разъемных соединителей при условии их сочленения/расчленения не более пяти раз [3].
Последовательность процесса нанесения иммерсионного золота с подслоем химического никеля [2]:
Кислый очиститель удаляет масла, окислы, отпечатки пальцев с медных поверхностей. Он не оказывает воздействия на паяльную маску, краски, эпоксифенольные подложки. Микротравитель равномерно подтравливает медную поверхность, что дает отличную адгезию с никелем при его последующем осаждении.
Активатор – коллоидный палладиевый. Такой активатор полностью катализирует медную поверхность, не затрагивая диэлектрики. Использование активатора гарантирует получение плотного никелевого осадка при последующей обработке платы в ванне химического никелирования. Раствор химического никелирования дает качественное полублестящее покрытие сплавом никель-фосфор с хорошей пластичностью и отличной адгезией к медной поверхности контактной площадки (рис. 1) [2].
Рис. 1. Покрытие никель-фосфор, полученное из раствора химического никелирования КЕМ НИ 6000 (увеличение 10 000)
Из раствора иммерсионного золочения должен получаться плотный, мелкокристаллический, блестящий золотой осадок 24-каратного золота (рис. 2) [2].
Рис. 2. Плотное 24-каратное покрытие золотом, полученное из раствора иммерсионного золочения КЕМ А 3000
Исследования, проведенные в [4] и подтвержденные практикой работы ПТК ПП ГРПЗ, показали, что явление «черная контактная площадка» связано с чрезмерной коррозией никеля в процессе иммерсионного осаждения золота. Если кристаллическая структура осажденного никеля имеет вид, отличный от нормального (рис. 1), с большими меж-кристаллитными прослойками, как показано на рис. 3, это означает, что не вся поверхность никеля участвует в обменных реакциях с раствором золочения, а сами инородные прослойки, не покрытые золотом, являются причиной зарождения очагов коррозии (рис. 4).
Рис. 3. Кристаллическая структура химически восстановленного никеля с большими межкристаллитными прослойками
Рис. 4. Черная поверхность никеля (изображение увеличено)
Что провоцирует образование чрезмерно больших межкристаллитных прослоек?
Поверхностные процессы окислительно-восстановительных реакций, так или иначе, связаны с градиентами электрохимических потенциалов. Поэтому всякая неоднородность поверхности, включая краевые эффекты, недопустима для равномерной укрывистости золотом. И всякое локальное непрокрытие влечет опасность возникновения «черной контактной площадки». Отсюда вторая рекомендация: поверхности, подлежащие иммерсионному золочению, должны быть максимально сглажены, этого можно достичь при выполнении операции микротравления.
Процесс восстановления золота сопровождается растворением никеля, то есть это процесс коррозии никеля. При большой скорости реакции процесс замещения может оказаться несбалансированным, коррозия никеля может стать преобладающей, и под золотом уже образуется черная, пока не заметная глазу поверхность никеля. Предлагаемые рынком готовые процессы и растворы для иммерсионного золочения [5] предусматривают в своем составе компоненты, притормаживающие окислительно-восстановительный процесс. Третья рекомендация: нужно использовать надежных проверенных поставщиков химических процессов и материалов.
Общие рекомендации по обеспечению устойчивости процесса иммерсионного золочения:
Заключение
Иммерсионное золочение – процесс, требующий высокой технологической культуры. Приведенные рекомендации – лишь часть особенностей технологии золочения, которую использовали авторы.
Что такое иммерсионное золото для печатных плат?
Что такое иммерсионное золото для печатных плат?
1. Что такое химическое нанесение покрытия?
2. Что такое PCB Immersion Gold?
3. Зачем нам PCB Immersion gold?
4. Каковы преимущества использования печатных плат с иммерсионным золотом?
1. Иммерсионная золотая пластина имеет яркий цвет, хороший цвет и хороший внешний вид.
2. Кристаллическую структуру, образованную иммерсионным золотом, легче сваривать, чем другие виды обработки поверхности печатных плат, она может иметь лучшие характеристики и обеспечивать качество.
3. Поскольку на плате с иммерсионным золотом есть только никель и золото, это не повлияет на сигнал, потому что передача сигнала осуществляется на медном слое.
4. Металлические свойства золота относительно стабильны, кристаллическая структура более плотная, и реакция окисления протекает нелегко.
5. Поскольку на контактных площадках погружной золотой платы есть только никель и золото, паяльная маска на схеме и медный слой соединяются более плотно, и нелегко вызвать микрокороткое замыкание.
6. Проект не повлияет на расстояние во время компенсации.
7. Напряжение погружной золотой пластины легче контролировать.
8. Для плат с высоким спросом требования к плоскостности лучше. Как правило, используется иммерсионное золото, а иммерсионное золото обычно не появляется в виде черной подушки после сборки.
5. Когда использовать иммерсионную обработку поверхности золотом при проектировании печатных плат?
При проектировании печатных плат стоимость иммерсионного золота относительно высока, и процесс иммерсионного золота не требуется при нормальных обстоятельствах. Итак, как нам отличить, какая плата PCBA требует иммерсионного золота, а какая плата не требует иммерсионного золота? Его можно проанализировать и оценить по следующим ситуациям.
1. На доске есть золотые пальцы, которые необходимо покрыть золотом, но все области, кроме золотых пальцев, можно погрузить в золото, что является обычным процессом «иммерсионное золото + позолоченные пальцы». Иногда некоторые дизайнеры выбирают метод погружения в золото целиком, чтобы сэкономить деньги или время. Достигните цели, но иммерсионное золото не может достичь толщины золотого покрытия, если золотые пальцы часто вставляются и отслаиваются, соединение будет плохим.
2. Недостаточная ширина линии платы / расстояние между площадками. В этом случае часто бывает трудно произвести с использованием процесса распыления олова, и есть больше коротких замыканий, таких как оловянные мостики. Поэтому для производительности платы использование иммерсионного золота в принципе не произойдет. Происходит.
3. Печатная плата иммерсионным золотом или золотым покрытием. Поскольку на поверхности контактной площадки имеется слой золота, ее паяемость хорошая, а характеристики платы также стабильны. Для других печатных плат не нужно выбирать процесс иммерсионного золота, чтобы сократить расходы. Другое дело, если у вас есть требования к паяемости и электрическим свойствам платы.
4. Недостаток заключается в том, что иммерсионное золото для печатных плат дороже, чем обычное напыление олова, и обычно оно дороже, если толщина золота превышает толщину традиционного завода по производству пластин. Золочение дороже, но работает хорошо. Со сваркой проблем нет.
6. Принцип и процесс иммерсионного золота.
1. Отверстие → Обезжиривание → Промывка → Микротравление → Промывка → Предварительное замачивание → Активация → Промывка → Иммерсионный никель → Промывка → Иммерсионное золото → Промывка → Сушка
2. Завершите отверстие, чтобы деактивировать оставшийся палладий в отверстии без сквозных отверстий, чтобы предотвратить осаждение никеля и золота.
3. Обезжиривание, используемое для удаления легкой смазки и оксидов с медной поверхности, очистки медной поверхности и повышения смачиваемости.
4. Микротравление, кислотный раствор для микротравления персульфата натрия используется для придания шероховатости поверхности меди и увеличения адгезии между медью и химическим слоем никеля. При производстве иммерсионного никелевого золота также используется сернокислый пероксид водорода или кислый раствор персульфата калия для микротравления.
5. Предварительное замачивание, поддержание кислотности резервуара активации и поддержание поверхности меди в свежем состоянии (без оксида), введите в резервуар активации.
6. Активация. В электрохимической последовательности медь находится за никелем, поэтому поверхность меди должна быть активирована, прежде чем можно будет проводить химическое никелирование. Большинство производителей печатных плат активируют его, сначала создавая заменяющий слой палладия на поверхности меди.
7. Никель осаждается на поверхности чистой меди при активации палладия. Когда иммерсионное золото покрывает каталитический кристалл палладия, автокаталитическая реакция будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута необходимая толщина слоя никеля.
8. Погрузите золото, нанесите тонкое золото на поверхность активного никеля с помощью реакции химического замещения. Когда поверхность печатной платы покрывается слоем никеля и помещается в резервуар для золота, на поверхность никеля воздействует жидкость резервуара, чтобы растворить ионы никеля. Два выброшенных электрона получают ионы цианида золота, а на поверхность никеля наносится слой золота. Можно видеть, что растворение одного атома никеля может привести к осаждению двух атомов золота, и поскольку на слое золота много пор, хотя поверхность покрыта слоем золота, пористая поверхность никеля все еще может растворяться. и осаждение продолжается. Слой золота становится все медленнее и медленнее. Следовательно, толщина тонкого слоя иммерсионного золота, образованного реакцией замещения, обычно может достигать предела за 20-30 минут.
7. Анализ типичных дефектов процесса иммерсионного золота
1. Покрытие утечек
Причина: активность никелевого цилиндра и палладиевого цилиндра относительно недостаточна, что не может соответствовать потенциальной энергии реакции положения подушки, что вызывает остановку химической реакции осаждения никеля на полпути, или металлическое золото никель не осаждается на все.
2. Диффузионное покрытие
Причина 1: Высокая активность никелевого цилиндра приводит к плохой селективности, что не только вызывает химическое осаждение на поверхности меди, но также химическое осаждение в других областях (таких как подложка, сторона зеленого масла и т. Д.), Вызывая осаждение в места, которые не должны храниться. Химическое никелевое золото.
Причина 2: необходимо различать, вызвано ли это внешним загрязнением или остатками (такими как медь, зеленое масло и т. Д.). Если да, удалите плату горизонтальным микротравлением или другими методами.
3. Отклонить золото
Причина: разделение слоя золота и слоя никеля указывает на то, что сила связи между слоем никеля и слоем золота очень низкая, а аномалия поверхности никеля вызывает отторжение золота.
4. Выбросьте никель
Причина: предыдущий процесс обработки никелевого цилиндра некачественный, или поверхностные примеси меди (включая остатки сырого масла) не могут быть удалены, и это повлияет на силу сцепления между слоем никеля и поверхностью меди, что приведет к отторжению никеля.
5. Золото на сквозных отверстиях
Причина: слишком много палладия при прямом гальваническом или химическом осаждении меди, или активность никелевого цилиндра слишком высока.
6. Шероховатая золотая поверхность
Причины: шероховатая медная поверхность, нечистая медная поверхность и дисбаланс никелевого резервуара, вызванный медным покрытием.
7. Угловая плоская обшивка
Причины: локальная циркуляция никелевого цилиндра слишком быстрая, температура никелевого цилиндра локально слишком высока, а концентрация никелевого стабилизатора цилиндра слишком высока.
8. Плохой золотистый цвет
Причины: слишком много стабилизатора для золотого цилиндра, серьезная недостаточная толщина золотого слоя, слишком долгий срок службы золотого цилиндра или неправильная промывка.