Forgyldt PCB-fabrikation og efterbehandling

Guldbelægning betyder her galvaniseret guld. Det dækker også nikkel-guld elektroplade, elektrolytisk guld, elektro-guld og elektropletterede nikkel-guldplader. Der er to hovedtyper af guldbelægning. Den ene er blødt guld. Den anden er hårdt guld. Hårdt guld bruges ofte til guldfingre.

Den grundlæggende idé er enkel. Nikkel og guld (ofte kaldet guldsalte) opløses i et kemisk bad. PCB'et kommer ned i pletteringstanken. Så sender vi elektrisk strøm igennem. Det gør, at der dannes et nikkel-guld-lag på printets kobberfolie. Nikkel-guldbelægning er meget udbredt inden for elektronik. Det skyldes, at det belagte lag er hårdt, slides godt og modstår oxidation.

Hvorfor bruge guldbelagte printkort?

IC'er har nu flere ben. Stifterne sidder tættere på hinanden. Spray tin-processer kan ikke gøre meget fine pads flade nok. Dette gør SMT placering vanskelig. Også tin-bly eller HASL-plader har en kort holdbarhed. Guldbelagte plader løser nogle af disse problemer.

1. For overflademonteringsteknologi og for meget små dele som 0201 og mindre betyder paddens fladhed meget. Pad'ens fladhed påvirker kvaliteten af loddepastatrykket. Det påvirker så kvaliteten af reflow-lodning. Så guldbelægning på hele tavlen er almindeligt til SMD-arbejde med høj densitet og meget små emner.

2. I prøve- eller prototypestadiet kan indkøb af dele forsinke monteringen. Nogle gange kan SMT ikke starte før uger eller måneder efter, at printet er lavet. Guldbelagte print har en meget længere holdbarhed end tinbelagte print. Så mange foretrækker guldbelagte print. Desuden er prisen på forgyldte printkort tæt på prisen på tin- og blyplader i prøvekørsler.

3. Når routing bliver tættere, når sporbredde og -afstand op på 3-4 mil. Det øger risikoen for kortslutning af guldtråd. Når signalfrekvensen stiger, bliver skin-effekten vigtigere. Skin-effekten betyder, at højfrekvent vekselstrøm bevæger sig tæt på lederens overflade. Det ændrer den måde, signalerne bevæger sig på i de belagte lag. Det kan påvirke signalkvaliteten. Skin-dybden afhænger af frekvensen.

Så i mange designs hjælper guldbelægning med loddeevne, holdbarhed og mekanisk slid. Men designere skal være opmærksomme på problemer som kortslutning af guldtråd og signalændringer ved høj frekvens.

Hårdt guld vs. blødt guld

Hvad er hårdt guld?

Hårdt guld betyder, at vi tilføjer andre metaller til guldlaget. Det ændrer guldets struktur. Laget bliver hårdere. Almindelige metaller er kobolt, nikkel, kobber, palladium og indium. Tidligere brugte man også jern, tin og cadmium. I dag er kobolt og nikkel almindeligt. Nogle gange tilsættes lidt indium for at justere farven.

Belægningens hårdhed afhænger af legeringsindholdet. Stikforbindelser har ofte en hårdhed på omkring HV130-220. Nogle dekorative belægninger eller smykkebelægninger som 18k guld kan nå en hårdhed på omkring 400. Tidligere legeringer som guld-kobber-cadmium eller moderne guld-kobber-indium kan være meget hårde.

Hårdt guld bruges, hvor slidstyrke er vigtig. For eksempel stikforbindelser og dekorative dele.

Hvad er blødt guld?

Soft gold er ren guldbelægning. Der er ikke tilsat andre metaller eller elementer. Laget er blødere, omkring HV70-hårdhed. Blødt guld er godt til chipbonding og ultralydsbonding. LED-industrien bruger ofte blødt guld til wire bonding.

Pletteringssekvenser for blødt og hårdt guld

Blød guldsekvens

Bejdsning → Nikkelbelægning → Ren guldbelægning

Hård guld-sekvens

Bejdsning → Nikkelbelægning → Forgyldning (flashguld) → Elektroplade guld-nikkel eller guld-kobolt-legering

Disse sekvenser er standardtrin på værkstedsgulvet. De sikrer nikkelunderlaget og derefter guldfinishen. Trinet før guld hjælper med vedhæftning og endelig hårdhedskontrol til den hårde guldproces.

Forskellen mellem dyppeguld og galvaniseret guld

Her er nogle praktiske forskelle, som ingeniører ofte ser. Vælg proces ud fra produktets behov.

1. Krystalstruktur og tykkelse er forskellige. Nedsænkningsguld (ofte kaldet ENIG i industrien) og galvaniseret guld danner forskellige krystalstrukturer. Ifølge noten her har nedsænkningsguld en tendens til at være tykkere og vise en mere gylden farve. Kunderne foretrækker måske det udseende.

2. Dypguld er lettere at lodde i praksis. Det har en tendens til at forårsage færre loddefejl og færre kundeklager. Dypguld udviser også mindre stress. Til produkter, der skal limes, kan dyppeguld være mere velegnet. Men fordi dyppeguld er blødere end galvaniseret hårdguld, er dyppeguld ikke så slidstærkt for guldfingre.

3. Så længe puderne har et nikkelunderlag, forbliver signalvejen med hudeffekt i kobberet. Så nedsænket guld burde ikke skade signaloverførslen.

4. Nedsænkningsguld siges at have en tættere krystalstruktur og modstår oxidering bedre. Vælg proces efter produktbehov.

5. Med tættere routing, sporbredde og -afstand ned til 3-4 mil kan galvaniseret guld lettere forårsage kortslutning af guldtråd. Nedsænkningsguld med nikkel under puderne undgår i mange tilfælde kortslutning af guldtråd.

6. Guldpuder med nikkelunderlag binder bedre til loddemasken og kobberet. Det gør, at masken sidder bedre fast. Når ingeniører kompenserer eller omarbejder, ændres afstanden ikke let.

7. Nedsænkningsguld bruges ofte til printplader med større fladhed og kritiske monteringsbehov. Det viser normalt ikke black pad-problemer efter montering. Fladhed og holdbarhed for dyppeguld kan i mange tilfælde sammenlignes med godt galvaniseret guld.

Bemærk: Disse punkter afspejler praktisk værkstedserfaring. Test altid for dit specifikke produkt og samlebånd.

Procesflow for guldbelægning af PCB-overflade

Nedenfor er der eksempler på flow for galvaniseret hårdguld på hele pladen. Værdier og trin følger en butiksstandard.

Galvaniseret hårdt guld på hele pladen, guldtykkelse ≤ 1,5 μm

Procesforløb

Forproces → Tør film på det ydre lag → Kontrol af tør film → Mønsterbelægning af kobber-nikkel-guld → Sekundær tør film → Kontrol af tør film → Elektroplettering af hårdt guld → Ætsning af det ydre lag → Næste proces

Produktionsnoter

1. Brug GPM-220 tørfilm, der er modstandsdygtig over for elektroforgyldning.

2. Hvis hele printet ikke har loddemasketryk, er det ikke nødvendigt med endnu en tør film.

3. Hvis printet har loddemaske, skal den anden tørre film kun dække pad-vinduets positioner. Påfør ikke den anden film på hele printet.

4. Den sekundære tørfilm (film til tørfilm) skal fungere som loddemaskefilmen. Behold kun puderne, og brug ikke den samme film som loddemaskefilmen. Tørfilmen skal være 2 mil større end loddemaskefilmen.

Guldtykkelse 1,5 μm < guldtykkelse ≤ 4,0 μm

Procesforløb

Forproces → Tør film på det ydre lag → Kontrol af tør film → Mønsterbelægning → Ætsning af det ydre lag → Sekundær tør film → Kontrol af tør film → Massiv plade af kobber-nikkel-guld → Galvanisering af hårdt guld → Stripning af ledninger → Næste proces

Produktionsnoter

1. Brug GPM-220 tørfilm til elektroforgyldning.

2. Hvis der ikke er trykt nogen loddemaske på hele pladen, er det ikke nødvendigt med en anden tør film.

3. Hvis der er loddemaske, skal du kun tørre filmen ved pad-vinduerne. Gør det ikke på hele printet.

4. Sekundær tør film bør kun holde puder og kan ikke dele med loddemaskefilm. Den skal være 2 mil større end loddemaskefilmen.

5. For guldbelagt arealafstand henvises til design af routing-kapacitet.

6. Brug peel-off-ledninger eller metoder til omarbejdning af ledninger.

Særlige bemærkninger

1. Tyk guldbelægning bruger nu ofte guld-kobolt-legering. Dette er almindeligt for PCB-stik eller kontaktpuder.

2. Ved tykt guld på hele printet skal du vurdere, om områder med tykt guld har SMT- eller BGA-pads. Hvis det er tilfældet, skal du advare kunden om mulige problemer med loddeevnen. Til disse positioner kan du foreslå mønsterbelagt kobber-nikkel-guld i stedet.

3. Hvis kunden allerede har forberedt lead-out pads, der skal have hårdt guld, kan du efter ætsningen af det ydre lag følge processen med hårdt guld direkte.

4. Lav ikke plader med guldtykkelse > 4 μm.

5. For processer, der bruger sekundær tørfilm til guld + hårdt guld, er afstandskravene i forhold til guldtykkelse: for guldtykkelse 0,38 μm min. afstand 7 mil; for 0,8 μm min. afstand 8 mil; for ≥1,0 μm min. afstand 10 mil.

Galvaniseret blødt guld på hele pladen (guldtykkelse ≤ 1,5 μm)

Procesforløb

Forproces → Tør film på det ydre lag → Kontrol af tør film → Mønsterbelægning af kobber-nikkel-guld → Sekundær tør film → Kontrol af tør film → Elektroplettering af blødt guld → Ætsning af det ydre lag → Næste proces

Produktionsnoter

1. Brug GPM-220 tørfilm, der er modstandsdygtig over for elektroforgyldning.

2. Hvis hele pladen ikke har loddemasketryk, er der ikke brug for endnu en tør film.

3. Hvis printet har loddemaske, skal den anden tørre film kun bruges til pad-vinduer, ikke til hele printet.

4. Sekundær tørfilm er lig med loddemaskefilm. Behold kun puderne. Må ikke deles med loddemaskefilmen. Den skal være 2 mil større end loddemaskefilmen.

Guldtykkelse 1,5 μm < guld ≤ 4,0 μm

Procesforløb

Forbehandling → Tør film på det ydre lag → Kontrol af tør film → Mønsterplettering → Ætsning af det ydre lag → Sekundær tør film → Kontrol af tør film → Mønsterplettering kobber-nikkel-guld → Elektroplettering blødt guld → Afisolering af ledninger → Næste proces

Produktionsnoter

1. Brug GPM-220 tørfilm, der er modstandsdygtig over for elektroforgyldning.

2. Hvis hele pladen ikke har loddemasketryk, er der ikke brug for endnu en tør film.

3. Hvis printet har loddemaske, skal den anden tørre film kun bruges til pad-vinduer.

4. Den sekundære tørre film må kun indeholde puder og må ikke deles med loddemaskefilmen. Den skal være 2 mil større end loddemaskefilmen.

5. Følg designet for routing-kapacitet for afstand mellem guldområder.

6. Brug peel-off-ledninger eller metoder til reparation af ledninger.

Særlige bemærkninger

1. Hvis kunden allerede har lead-out-pads, der skal have blødt guld, skal man efter ætsning af det ydre lag følge processen med blødt guld.

2. Lav ikke plader med guldtykkelse > 4 μm.

3. For guld + blødt guld ved hjælp af sekundær tørfilm er reglerne for afstand i forhold til guldtykkelse: 0,38 μm min. afstand 7 mil; 0,8 μm min. afstand 8 mil; ≥1,0 μm min. afstand 10 mil.

Nikkelfrit galvaniseret guld (hårdt/blødt guld)

Krav og bemærkninger

1. For nikkelfrit guld på kundens anmodning, uanset om det er hårdt eller blødt guld, skal den mindste guldtykkelse kontrolleres til 0,5 μm. Hvis den er mindre end 0,5 μm, må du ikke bruge nikkelfrit guld.

2. Hvis guldtykkelsen er > 4 μm, må du ikke lave den.

3. Følg de samme regler for tavler, der har nikkelgalvaniseret hårdt eller blødt guld. Den eneste forskel er, at du ikke skal markere MI som “kun guld, ingen nikkel”. Udfyld i stedet den krævede nikkeltykkelse.

4. For guld + hårdt guld med sekundær tør film er afstandsreglerne: 0,38 μm guld min. 7 mil; 0,8 μm min. 8 mil; 1,0 μm og derover min. 10 mil.

Designkrav og noter til guldbelægning

Når der er ledninger

Tilføj et 12 mil bredt spor for enden af guldfingeren som lead. For færdige kobbertykkelser ≤ 2 oz, hvis kobbertykkelsen er > 2 oz, bør lead trace ikke være mindre end kortets mindste linjebredde. På begge sider af guldfingeren, ved det nærmeste fræsespor, tilføjes en falsk guldfinger for at dele strømmen. Dette hjælper med at forhindre ujævn tykkelse i de midterste guldfingre.

Når der ikke er nogen ledningstråde (lokalt elektrotykt guld)

1. Boring: Bor kun PTH-huller, der går gennem pladen. Til NPTH-huller skal du bruge to-boringsmetoden.

2. Loddemaske 1: MI-bemærkninger bør angive, at der skal bruges elektro-guldfilm.

3. Mærkning 1: MI-bemærkninger angiver ingen mærkning, kun bagning af tavlen.

4. Loddemaske 2: MI-bemærkninger for at fjerne loddemasken. Når du har fjernet loddemasken, skal du hurtigt gå videre til næste proces for at undgå oxidering.

Opmærksomhed

I. Rutefilmen skal maskere positioner, der skal elektroforgyldes.
II. For elektro-guldpads, der er forbundet med spor, skal du tilføje en dråbe ved forbindelsen mellem pad og spor.
III. Loddemaske 2: MI-bemærkninger angiver, at elektro-guldoverfladen ikke må slibes. Ved elektroforgyldning på én side skal der kun slibes på den store kobberside ved frontrengøring.

Philifasts muligheder for guldbelægning