Výroba a povrchová úprava pozlacených desek plošných spojů

Pozlacením se zde rozumí galvanické pozlacení. Zahrnuje také nikl-zlatý galvanický povlak, elektrolytické zlato, elektro-zlato a galvanicky pokovené nikl-zlaté desky. Existují dva hlavní typy pozlacování. Jedním z nich je měkké zlato. Druhým je tvrdé zlato. Tvrdé zlato se často používá na zlaté prsty.

Základní myšlenka je jednoduchá. Nikl a zlato (často nazývané soli zlata) se rozpustí v chemické lázni. DPS se vloží do pokovovací nádrže. Poté jím prochází elektrický proud. Tím se na měděné fólii desky vytvoří vrstva niklu a zlata. Nikl-zlaté pokovování se široce používá v elektronice. Je to proto, že pokovená vrstva je tvrdá, dobře se opotřebovává a odolává oxidaci.

Proč používat pozlacené desky plošných spojů?

Integrované obvody mají nyní více pinů. Piny jsou blíže u sebe. Procesy stříkání cínem nedokážou vytvořit velmi jemné plošky dostatečně ploché. To způsobuje, že SMT umístění těžké. Také desky z olovnatého cínu nebo HASL mají krátkou životnost. Pozlacené desky některé z těchto problémů řeší.

1. U technologie povrchové montáže a u velmi malých dílů, jako je 0201 a menší, záleží na rovinnosti podložky. Plochost podložky ovlivňuje kvalitu tisku pájecí pasty. Ta pak ovlivňuje kvalitu pájení přetavením. Proto je celoplošné pozlacení běžné pro práci s SMD s vysokou hustotou a velmi malými rozměry.

2. Ve zkušební fázi nebo ve fázi prototypu může nákup dílů zpozdit montáž. Někdy může SMT začít až několik týdnů nebo měsíců po zhotovení desky plošných spojů. Pozlacené desky mají mnohem delší trvanlivost než desky pocínované. Proto mnozí dávají přednost pozlaceným deskám. Rovněž u vzorových sérií se cena pozlacených desek plošných spojů blíží ceně desek pocínovaných.

3. S hustší trasou dosahuje šířka a rozteč stop 3-4 mil. To zvyšuje riziko zkratování zlatých vodičů. S rostoucí frekvencí signálu se zvyšuje význam skin efektu. Skin efekt znamená, že vysokofrekvenční střídavý proud se pohybuje v blízkosti povrchu vodiče. To mění způsob, jakým se signály šíří v pokovených vrstvách. To může ovlivnit kvalitu signálu. Hloubka skinu závisí na frekvenci.

V mnoha provedeních tak pozlacení pomáhá při pájení, skladovatelnosti a mechanickém opotřebení. Konstruktéři však musí dávat pozor na problémy, jako je zkratování zlatých vodičů a změny signálu při vysoké frekvenci.

Tvrdé zlato vs. měkké zlato

Co je tvrdé zlato?

Tvrdé zlato znamená, že do zlaté vrstvy přidáváme další kovy. Tím se změní struktura zlata. Vrstva se stává tvrdší. Běžně se používají kobalt, nikl, měď, palladium a indium. V minulosti se používalo také železo, cín a kadmium. Dnes se běžně používá kobalt a nikl. Někdy se přidává malé množství india pro doladění barvy.

Tvrdost pokovení závisí na obsahu slitiny. Kontakty konektorů mají často tvrdost kolem HV130-220. Některá dekorativní nebo šperkařská pokovení, jako je 18karátové zlato, mohou dosahovat tvrdosti kolem 400. Dřívější slitiny jako zlato-měď-kadmium nebo moderní zlato-měď-indium mohou být velmi tvrdé.

Tvrdé zlato se používá tam, kde záleží na odolnosti proti opotřebení. Například svorky konektorů a ozdobné díly.

Co je měkké zlato?

Měkké zlato je ryzí pozlacení. Nepřidávají se do něj žádné další kovy ani prvky. Vrstva je měkčí, tvrdost je přibližně HV70. Měkké zlato je vhodné pro lepení třísek a ultrazvukové lepení. V LED průmyslu se měkké zlato často používá pro lepení vodičů.

Sekvence pokovování pro měkké a tvrdé zlato

Měkká zlatá sekvence

Moření → Niklování → Pokovení ryzím zlatem

Tvrdá zlatá sekvence

Moření → Niklování → Předzlacení (bleskové pozlacení) → Galvanické pokovení slitinou zlata a niklu nebo zlata a kobaltu

Tyto sekvence jsou standardními kroky v dílně. Zajišťují niklovou podkladovou vrstvu a poté zlatou povrchovou úpravu. Krok před pozlacením napomáhá přilnavosti a konečné kontrole tvrdosti pro proces tvrdého pozlacení.

Rozdíl mezi ponořeným a galvanicky pokoveným zlatem

Níže jsou uvedeny praktické rozdíly, se kterými se inženýři často setkávají. Zvolte proces na základě potřeb výrobku.

1. Krystalová struktura a tloušťka se liší. Ponorné zlato (v průmyslu často označované jako ENIG) a galvanicky pokovené zlato tvoří odlišnou krystalovou strukturu. Podle zde uvedené poznámky bývá imerzní zlato silnější a vykazuje zlatavější barvu. Tento vzhled mohou zákazníci upřednostňovat.

2. Pájení ponorným zlatem je v praxi snazší. Má tendenci způsobovat méně závad při pájení a méně reklamací ze strany zákazníků. Ponorné zlato také vykazuje menší pnutí. Pro výrobky, které vyžadují lepení, může být ponorné zlato vhodnější. Protože je však imerzní zlato měkčí než galvanicky pokovené tvrdé zlato, není imerzní zlato tak odolné proti opotřebení zlatých prstů.

3. Dokud mají podložky niklovou spodní vrstvu, zůstává cesta signálu s kožním efektem v mědi. Ponorné zlato by tedy nemělo poškodit přenos signálu.

4. Ponorné zlato má údajně hustší krystalovou strukturu a lépe odolává oxidaci. Proces volte podle potřeb výrobku.

5. Při hustším vedení, šířce stopy a rozestupech až 3-4 milimetry může galvanické zlato snadněji způsobit zkrat zlatého vodiče. Ponorné zlato s niklem pod podložkami v mnoha případech zabraňuje zkratování zlatých vodičů.

6. Ponorné zlaté destičky s niklovou podkladovou vrstvou se lépe spojují s pájecí maskou a mědí. Díky tomu je přilnavost masky pevnější. Když konstruktéři provádějí kompenzaci nebo přepracování, vzdálenost se snadno nemění.

7. Ponorné zlato se často používá pro desky s vyšší rovinností a kritickými požadavky na montáž. Obvykle se u něj po montáži neprojevují problémy s černými podložkami. Rovinnost a trvanlivost imerzního zlata jsou v mnoha případech srovnatelné s kvalitním galvanickým zlatem.

Poznámka: Tyto body odrážejí praktické zkušenosti z obchodu. Vždy proveďte test pro konkrétní výrobek a montážní linku.

Průběh procesu zlacení povrchu PCB

Níže jsou uvedeny příklady toků pro celoplošné galvanicky pokovené tvrdé zlato. Hodnoty a kroky se řídí dílenským standardem.

Celoplošné galvanické pokovení tvrdým zlatem, tloušťka zlata ≤ 1,5 μm

Průběh procesu

Předběžný proces → Suchý film vnější vrstvy → Kontrola suchého filmu → Vzor pokovení měď-nikl-zlato → Sekundární suchý film → Kontrola suchého filmu → Elektroplatina tvrdého zlata → Leptání vnější vrstvy → Další proces

Poznámky k výrobě

1. Použijte suchou fólii GPM-220, která odolává elektrolytickému zlacení.

2. Pokud celá deska nemá potisk pájecí masky, druhá suchá fólie není potřeba.

3. Pokud je deska opatřena pájecí maskou, měla by druhá suchá fólie zakrývat pouze pozice okének podložek. Druhou fólii nenanášejte na celou desku.

4. Sekundární suchá fólie (fólie pro suchou fólii) by se měla chovat jako fólie pájecí masky. Zachovejte pouze podložky a nesdílejte stejnou fólii jako fólii pájecí masky. Suchá fólie musí být o 2 milimetry větší než fólie pájecí masky.

Tloušťka zlata 1,5 μm < tloušťka zlata ≤ 4,0 μm

Průběh procesu

Předběžný proces → Suchá vrstva → Kontrola suché vrstvy → Vzorkovací pokovování → Leptání vnější vrstvy → Sekundární suchá vrstva → Kontrola suché vrstvy → Pevná deska měď-nikl-zlato → Galvanické pokovování tvrdým zlatem → Odizolování přívodních vodičů → Další proces

Poznámky k výrobě

1. Pro elektro-zlato použijte suchou fólii GPM-220.

2. Pokud není na celé desce natištěna žádná pájecí maska, druhá suchá fólie není potřeba.

3. Pokud je na podložce pájecí maska, druhá suchá fólie je pouze na okénkách podložky. Nedělejte to na celé desce.

4. Sekundární suchá fólie by měla udržovat pouze podložky a nemůže se dělit s fólií pájecí masky. Musí být o 2 milimetry větší než film pájecí masky.

5. Rozteč pozlacených ploch naleznete v návrhu možností směrování.

6. Použijte metody odlepování přívodních vodičů nebo přepracování přívodních vodičů.

Zvláštní poznámky

1. Při silném zlacení se nyní často používá slitina zlata a kobaltu. To je běžné u konektorů na deskách plošných spojů nebo kontaktních spínacích plošek.

2. U celoplošného tlustého zlata vyhodnoťte, zda jsou tlusté zlaté plochy opatřeny podložkami SMT nebo BGA. Pokud ano, upozorněte zákazníka na možné problémy s pájitelností. Pro tyto pozice navrhněte místo toho vzorované měděné niklové zlato.

3. Pokud zákazník již připravil vyvedené podložky, které potřebují tvrdé zlato, můžete po leptání vnější vrstvy přímo následovat proces tvrdého zlata.

4. Nevyrábějte desky s tloušťkou zlata > 4 μm.

5. U procesů, které používají sekundární suchý film pro zlato + tvrdé zlato, jsou požadavky na rozteč v závislosti na tloušťce zlata následující: pro tloušťku zlata 0,38 μm min. rozteč 7 mil; pro 0,8 μm min. rozteč 8 mil; pro ≥ 1,0 μm min. rozteč 10 mil.

Celoplošné galvanicky pokovené měkké zlato (tloušťka zlata ≤ 1,5 μm)

Průběh procesu

Předběžný proces → Suchý film vnější vrstvy → Kontrola suchého filmu → Vzor pokovení měď-nikl-zlato → Sekundární suchý film → Kontrola suchého filmu → Elektroplatina měkkého zlata → Leptání vnější vrstvy → Další proces

Poznámky k výrobě

1. Použijte suchou fólii GPM-220 odolnou proti elektrolytickému zlacení.

2. Pokud celá deska nemá potisk pájecí masky, není potřeba druhá suchá fólie.

3. Pokud má deska pájecí masku, druhá suchá fólie se vztahuje pouze na okénka podložek, nikoli na celou desku.

4. Sekundární suchý film se rovná filmu pájecí masky. Ponechte si pouze podložky. Nesdílejte je s filmem pájecí masky. Musí být o 2 milimetry větší než fólie pájecí masky.

Tloušťka zlata 1,5 μm < zlato ≤ 4,0 μm

Průběh procesu

Předběžný proces → Suchý film vnější vrstvy → Kontrola suchého filmu → Pokovení vzoru → Leptání vnější vrstvy → Sekundární suchý film → Kontrola suchého filmu → Pokovení vzoru měď-nikl-zlato → Galvanické pokovení měkkým zlatem → Odizolování přívodních vodičů → Další proces

Poznámky k výrobě

1. Použijte suchou fólii GPM-220 odolnou proti elektrolytickému zlacení.

2. Pokud celá deska nemá potisk pájecí masky, není potřeba druhá suchá fólie.

3. Pokud má deska pájecí masku, druhou suchou fólii použijte pouze na okénka podložek.

4. Sekundární suchá fólie musí držet pouze podložky a nesmí se dělit s fólií pájecí masky. Musí být o 2 milimetry větší než fólie pájecí masky.

5. Pro rozteč zlatých ploch postupujte podle návrhu možností směrování.

6. Použijte odlepovací přívodní vodiče nebo metody opravných přívodních vodičů.

Zvláštní poznámky

1. Pokud má zákazník již vyvedené podložky, které potřebují měkké zlato, po leptání vnější vrstvy následuje proces měkkého zlata.

2. Nevyrábějte desky s tloušťkou zlata > 4 μm.

3. Pro zlato + měkké zlato s použitím sekundární suché fólie jsou pravidla pro rozteč v závislosti na tloušťce zlata následující: 0,38 μm min. rozteč 7 mil; 0,8 μm min. rozteč 8 mil; ≥1,0 μm min. rozteč 10 mil.

Bezniklové galvanicky pokovené zlato (tvrdé / měkké zlato)

Požadavky a poznámky

1. U bezniklového zlata požadovaného zákazníkem, ať už jde o tvrdé nebo měkké zlato, musí být minimální tloušťka zlata kontrolována na 0,5 μm. Pokud je tloušťka menší než 0,5 μm, bezniklové zlato nepoužívejte.

2. Pokud je tloušťka zlata > 4 μm, nevyrábějte.

3. U desek s niklovým galvanickým pokovením tvrdým nebo měkkým zlatem postupujte podle stejných pravidel. Jediným rozdílem je, že MI neoznačujte jako “pouze zlato bez niklu”. Místo toho vyplňte požadovanou tloušťku niklu.

4. Pro zlato + tvrdé zlato se sekundárním suchým filmem platí tato pravidla pro rozestupy: 0,38 μm zlata min. 7 mil; 0,8 μm min. 8 mil; 1,0 μm a více min. 10 mil.

Požadavky na konstrukci a poznámky k pozlacování

Pokud jsou přívodní vodiče

Na konec zlatého prstu přidejte 12 mil širokou stopu jako vodítko. U hotové mědi o tloušťce ≤ 2 oz, pokud je tloušťka mědi > 2 oz, neměla by být olověná stopa menší než minimální šířka čáry desky. Na obou stranách zlatého prstu, na nejbližší frézovací drážce, přidejte falešný zlatý prst pro rozdělení proudu. Tím zabráníte nerovnoměrné tloušťce středního zlatého prstu.

Když nejsou žádné přívodní vodiče (lokální elektro-tlusté zlato).

1. Vrtání: Vyvrtejte pouze otvory PTH, které procházejí deskou. Pro otvory NPTH použijte zpracování metodou dvou vrtáků.

2. Pájecí maska 1: V poznámkách MI by mělo být uvedeno, že se má použít elektro-zlatá fólie.

3. Označení 1: v poznámkách MI se neuvádí žádné označení, pouze se peče tabule.

4. Pájecí maska 2: stav MI poznámky pro odstranění pájecí masky. Po odstranění pájecí masky rychle přejděte k dalšímu procesu, abyste zabránili oxidaci.

Pozor

I. Frézovací fólie musí maskovat místa, která budou pozlacena.
II. U elektro-zlatých podložek připojených ke stopám přidejte na spoj podložky se stopou slzičku.
III. Pájecí maska 2: MI poznámky stát elektro-zlatý povrch se nesmí brousit. U jednostranného elektrolytického zlata je třeba při předním čištění brousit pouze velkou měděnou stranu.

Schopnosti společnosti Philifast v oblasti pozlacování