ساخت و تکمیل برد مدار چاپی آبکاری‌شده با طلا

آبکاری طلا در اینجا به معنای آبکاری الکتریکی طلا است. این همچنین شامل آبکاری نیکل-طلا، طلاکاری الکترولیتی، الکترو-طلا و بردهای آبکاری‌شده نیکل-طلا می‌شود. دو نوع اصلی آبکاری طلا وجود دارد: یکی طلا نرم و دیگری طلا سخت. طلا سخت اغلب برای انگشتان طلایی استفاده می‌شود.

ایدهٔ اصلی ساده است. نیکل و طلا (که اغلب نمک‌های طلا نامیده می‌شوند) در یک حمام شیمیایی حل می‌شوند. برد مدار چاپی در تانک آبکاری قرار می‌گیرد. سپس جریان الکتریکی را عبور می‌دهیم. این کار باعث می‌شود لایه‌ای از نیکل-طلا روی ورق مسی برد تشکیل شود. آبکاری نیکل-طلا در الکترونیک به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. دلیل آن این است که لایهٔ آبکاری‌شده سخت است، در برابر سایش مقاومت خوبی دارد و در برابر اکسید شدن مقاوم است.

چرا از PCBهای آبکاری‌شده با طلا استفاده کنیم؟

ICها اکنون پین‌های بیشتری دارند. پین‌ها به یکدیگر نزدیک‌تر شده‌اند. فرآیندهای اسپری قلع نمی‌توانند پدهای بسیار ریز را به‌اندازه کافی صاف کنند. این باعث می‌شود SMT جایگذاری سخت است. همچنین بردهای قلع-سرب یا HASL عمر مفید کوتاهی دارند. بردهای آبکاری‌شده با طلا برخی از این مشکلات را حل می‌کنند.

1. برای فناوری نصب سطحی و قطعات بسیار کوچک مانند 0201 و کوچکتر، صافی پد اهمیت زیادی دارد. صافی پد بر کیفیت چاپ خمیر قلع تأثیر می‌گذارد و این موضوع به نوبه خود بر کیفیت لحیم‌کاری ری‌فلو اثر می‌گذارد. بنابراین آبکاری طلای تمام‌برد برای کارهای SMD با چگالی بالا و قطعات بسیار کوچک رایج است.

2. در مرحلهٔ آزمایشی یا نمونه‌سازی، خرید قطعات می‌تواند مونتاژ را به تأخیر اندازد. گاهی مونتاژ سطحی (SMT) هفته‌ها یا ماه‌ها پس از ساخت برد مدار چاپی (PCB) آغاز نمی‌شود. بردهای آبکاری‌شده با طلا عمر مفید بسیار طولانی‌تری نسبت به بردهای قلع-سرب دارند. بنابراین بسیاری بردهای آبکاری‌شده با طلا را ترجیح می‌دهند. همچنین در تولید نمونه‌ای، هزینهٔ بردهای PCB آبکاری‌شده با طلا تقریباً برابر با بردهای قلع-سرب است.

3. با تراکم بیشتر مسیریابی، عرض و فاصله‌ی خطوط ردیابی به ۳–۴ میل می‌رسد. این امر خطر اتصال کوتاه سیم‌های طلایی را افزایش می‌دهد. با افزایش فرکانس سیگنال، اثر پوست اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. اثر پوست به این معناست که جریان متناوب با فرکانس بالا در نزدیکی سطح هادی حرکت می‌کند. این موضوع نحوهٔ حرکت سیگنال‌ها در لایه‌های آبکاری‌شده را تغییر می‌دهد و می‌تواند بر کیفیت سیگنال تأثیر بگذارد. عمق پوست به فرکانس بستگی دارد.

در بسیاری از طراحی‌ها، آبکاری طلا به قابلیت لحیم‌پذیری، ماندگاری و مقاومت در برابر سایش مکانیکی کمک می‌کند. اما طراحان باید مراقب مسائلی مانند اتصال کوتاه سیم‌های طلایی و تغییرات سیگنال در فرکانس‌های بالا باشند.

طلا سخت در برابر طلا نرم

طلا سخت چیست؟

طلا سخت به این معناست که فلزات دیگری را به لایهٔ طلا اضافه می‌کنیم. این کار ساختار طلا را تغییر می‌دهد و لایه را سخت‌تر می‌کند. فلزات رایجی که استفاده می‌شوند کبالت، نیکل، مس، پالادیوم و ایندیم هستند. در گذشته آهن، قلع و کادمیوم نیز به کار می‌رفتند. امروزه کبالت و نیکل رایج‌اند. گاهی مقدار کمی ایندیم برای تنظیم رنگ اضافه می‌شود.

سختی آبکاری به میزان عناصر آلیاژی بستگی دارد. تماس‌های کانکتور اغلب سختی در حدود HV130–220 دارند. برخی آبکاری‌های تزئینی یا جواهری مانند طلای 18 عیار می‌توانند به سختی حدود 400 برسند. آلیاژهای گذشته مانند طلا–مس–کادمیوم یا آلیاژهای مدرن طلا–مس–ایندیوم می‌توانند بسیار سخت باشند.

طلا سخت در مواردی که مقاومت در برابر سایش اهمیت دارد استفاده می‌شود. برای مثال، پایانهٔ کانکتورها و قطعات تزئینی.

طلای نرم چیست؟

طلا نرم، آبکاری با طلای خالص است. هیچ فلز یا عنصر دیگری اضافه نمی‌شود. این لایه نرم‌تر است و سختی آن حدود HV70 است. طلا نرم برای اتصال تراشه و اتصال فراصوتی مناسب است. صنعت LED اغلب از طلا نرم برای اتصال سیم استفاده می‌کند.

ترتیب‌های آبکاری برای طلای نرم و سخت

ترتیب طلایی نرم

شستشوی اسیدی → آبکاری نیکل → آبکاری طلای خالص

سلسله طلای سخت

شستشوی اسیدی → آبکاری نیکل → پیش‌طلایی (طلای فلش) → آبکاری الکتریکی آلیاژ طلای-نیکل یا طلای-کبالت

این توالی‌ها مراحل استاندارد در کارگاه تولید هستند. آن‌ها ابتدا لایه زیرین نیکل و سپس پوشش نهایی طلا را تضمین می‌کنند. مرحله پیش‌طلا به چسبندگی و کنترل نهایی سختی در فرآیند طلای سخت کمک می‌کند.

تفاوت بین طلای آبکاری شده با غوطه‌وری و طلای الکتروپلیت‌شده

در زیر تفاوت‌های عملی که مهندسان اغلب مشاهده می‌کنند آمده است. فرآیند را بر اساس نیازهای محصول انتخاب کنید.

1. ساختار بلوری و ضخامت متفاوت است. طلاکاری غوطه‌وری (که اغلب در صنعت ENIG نامیده می‌شود) و طلاکاری الکتروپلیت‌شده ساختارهای بلوری متفاوتی دارند. طبق یادداشت اینجا، طلاکاری غوطه‌وری معمولاً ضخیم‌تر است و رنگ طلایی‌تری دارد. مشتریان ممکن است آن ظاهر را ترجیح دهند.

2. در عمل لحیم‌کاری با طلای غوطه‌وری آسان‌تر است. این روش معمولاً باعث ایجاد نقص‌های لحیم‌کاری کمتر و شکایات مشتریان کمتر می‌شود. طلای غوطه‌وری همچنین تنش کمتری را نشان می‌دهد. برای محصولاتی که نیاز به اتصال دارند، طلای غوطه‌وری می‌تواند مناسب‌تر باشد. اما از آنجا که طلای غوطه‌وری نرم‌تر از طلای سخت الکتروپلیت‌شده است، مقاومت آن در برابر سایش برای انگشتان طلایی کمتر است.

3. تا زمانی که پدها دارای زیرلایهٔ نیکل باشند، مسیر سیگنال اثر پوست در مس باقی می‌ماند. بنابراین آبکاری طلای غوطه‌وری نباید به انتقال سیگنال آسیب برساند.

4. گفته می‌شود که طلای حاصل از فرآیند غوطه‌وری ساختار بلوری متراکم‌تری دارد و در برابر اکسیداسیون بهتر مقاومت می‌کند. فرآیند را بر اساس نیاز محصول انتخاب کنید.

5. با چیدمان مسیرهای تراکم‌دارتر و عرض و فاصله‌ی ترسیم تا ۳–۴ میل، طلاکاری الکتروپلیت‌شده می‌تواند به‌راحتی باعث ایجاد اتصال کوتاه سیم‌های طلایی شود. طلاکاری غوطه‌وری، با وجود نیکل زیر پدها، در بسیاری از موارد از اتصال کوتاه سیم‌های طلایی جلوگیری می‌کند.

6. پدهای طلایی ایمرسون با لایه زیرین نیکل بهتر به ماسک لحیم‌کاری و مس می‌چسبند. این باعث می‌شود چسبندگی ماسک محکم‌تر شود. وقتی مهندسان عملیات جبران یا بازکاری را انجام می‌دهند، فاصله به‌راحتی تغییر نمی‌کند.

7. طلاکاری غوطه‌وری اغلب برای بردهایی با صافی بالاتر و نیازهای مونتاژ حساس استفاده می‌شود. معمولاً پس از مونتاژ مشکل پدهای سیاه را نشان نمی‌دهد. صافی و عمر مفید طلاکاری غوطه‌وری در بسیاری از موارد با طلاکاری الکتروپلیتینگ خوب قابل مقایسه است.

توجه: این نکات بازتاب‌دهنده تجربه عملی در کارگاه هستند. همیشه برای محصول و خط مونتاژ خاص خود آزمایش کنید.

جریان فرآیند آبکاری سطحی با طلا روی PCB

در زیر مثال‌هایی از جریان‌های کاری برای آبکاری سخت طلای خالص روی تختهٔ کامل آورده شده است. مقادیر و مراحل مطابق با استاندارد کارگاه هستند.

طلاکاری سخت الکتروپلیت‌شده تمام‌صفحه، ضخامت طلا ≤ ۱.۵ میکرومتر

جریان فرآیند

پیش‌پردازش → لایهٔ بیرونی فیلم خشک → بررسی فیلم خشک → آبکاری الگویی مس-نیکل-طلا → فیلم خشک ثانویه → بررسی فیلم خشک → آبکاری سخت طلا → حک لایهٔ بیرونی → فرایند بعدی

یادداشت‌های تولید

1. از فیلم خشک GPM-220 که در برابر طلاکاری الکتریکی مقاوم است استفاده کنید.

2. اگر کل برد چاپ ماسک لحیم نداشته باشد، لایه خشک دوم لازم نیست.

3. اگر برد دارای ماسک لحیم باشد، لایه دوم فیلم خشک باید فقط نواحی پنجره‌های پد را بپوشاند. لایه دوم را روی کل برد اعمال نکنید.

4. لایهٔ فیلم خشک ثانویه (فیلم مخصوص فیلم خشک) باید مانند فیلم ماسک لحیم عمل کند. فقط پدها را پوشش دهد و از فیلم مشترک با فیلم ماسک لحیم استفاده نکند. ضخامت فیلم خشک باید ۲ میل بیشتر از ضخامت فیلم ماسک لحیم باشد.

ضخامت طلا ۱.۵ میکرومتر < ضخامت طلا ≤ ۴.۰ میکرومتر

جریان فرآیند

پیش‌پردازش → لایهٔ بیرونی فیلم خشک → بررسی فیلم خشک → آبکاری الگویی → حک لایهٔ بیرونی → فیلم خشک ثانویه → بررسی فیلم خشک → آبکاری جامد مس-نیکل-طلا → آبکاری سخت طلا → جدا کردن سیم‌های سرب → فرآیند بعدی

یادداشت‌های تولید

1. برای الکتروگولد از فیلم خشک GPM-220 استفاده کنید.

2. اگر روی کل برد هیچ ماسک لحیم‌کاری چاپ نشده باشد، لایه دوم فیلم خشک لازم نیست.

3. اگر ماسک لحیم‌کاری وجود دارد، لایه دوم فیلم خشک را فقط روی پنجره‌های پد اعمال کنید. کل برد را انجام ندهید.

4. لایهٔ خشک ثانویه باید فقط پدها را پوشش دهد و نباید با لایهٔ ماسک لحیم مشترک باشد. این لایه باید ۲ میل بزرگ‌تر از لایهٔ ماسک لحیم باشد.

5. برای فاصله‌گذاری ناحیه‌ای آبکاری‌شده با طلا، به طراحی قابلیت مسیریابی مراجعه کنید.

6. از سیم‌های سرب قابل کندن یا روش‌های بازسازی سیم سرب استفاده کنید.

یادداشت‌های ویژه

1. آبکاری ضخیم طلایی اکنون اغلب از آلیاژ طلای کبالت استفاده می‌کند. این امر در مورد سوکت‌های PCB یا پدهای تماس کلیدها رایج است.

2. برای طلای ضخیم تمام‌برد، بررسی کنید که آیا نواحی طلای ضخیم دارای پدهای SMT یا BGA هستند یا خیر. در صورت مثبت بودن، به مشتری درباره احتمال مشکلات لحیم‌پذیری هشدار دهید. برای آن موقعیت‌ها، به‌جای آن مس–نیکل–طلای الگوپوشانده را پیشنهاد کنید.

3. اگر مشتری از قبل پدهای خروجی را آماده کرده باشد که به طلای سخت نیاز دارند، پس از حک لایهٔ بیرونی می‌توانید مستقیماً فرایند طلای سخت را دنبال کنید.

4. بردهایی با ضخامت طلای بیش از ۴ میکرومتر تولید نکنید.

5. برای فرآیندهایی که از فیلم خشک ثانویه برای طلا و طلای سخت استفاده می‌کنند، الزامات فاصله در مقابل ضخامت طلا به شرح زیر است: برای ضخامت طلا 0.38 میکرومتر، حداقل فاصله 7 میل؛ برای 0.8 میکرومتر، حداقل فاصله 8 میل؛ برای ≥1.0 میکرومتر، حداقل فاصله 10 میل.

الکترولیته‌کاری نرم روی کل برد (ضخامت طلا ≤ ۱.۵ میکرومتر)

جریان فرآیند

پیش‌پردازش → لایهٔ بیرونی فیلم خشک → بررسی فیلم خشک → آبکاری الگویی مس-نیکل-طلا → فیلم خشک ثانویه → بررسی فیلم خشک → آبکاری الکتریکی طلای نرم → حک لایهٔ بیرونی → فرایند بعدی

یادداشت‌های تولید

1. از GPM-220 فیلم خشک مقاوم در برابر طلاکاری الکتریکی استفاده کنید.

2. اگر کل برد چاپ ماسک لحیم نداشته باشد، به لایه دوم فیلم خشک نیازی نیست.

3. اگر برد دارای ماسک لحیم باشد، لایه دوم فیلم خشک فقط برای پنجره‌های پد باشد، نه کل برد.

4. لایهٔ فیلم خشک ثانویه معادل فیلم ماسک لحیم است. فقط پدها را نگه دارید. آن را با فیلم ماسک لحیم مشترک نکنید. باید ۲ میل بزرگ‌تر از فیلم ماسک لحیم باشد.

ضخامت طلا ۱.۵ میکرومتر < طلا ≤ ۴.۰ میکرومتر

جریان فرآیند

پیش‌پردازش → لایهٔ بیرونی فیلم خشک → بررسی فیلم خشک → آبکاری الگویی → حک لایهٔ بیرونی → فیلم خشک ثانویه → بررسی فیلم خشک → آبکاری الگویی مس-نیکل-طلا → آبکاری الکتریکی طلا نرم → جدا کردن سیم‌های سرب → فرآیند بعدی

یادداشت‌های تولید

1. از GPM-220 فیلم خشک مقاوم در برابر طلاکاری الکتریکی استفاده کنید.

2. اگر کل برد چاپ ماسک لحیم نداشته باشد، به لایه دوم فیلم خشک نیازی نیست.

3. اگر برد ماسک لحیم‌کاری داشته باشد، لایه دوم فقط برای پنجره‌های پد به‌صورت فیلم خشک باشد.

4. لایهٔ خشک ثانویه باید فقط روی پدها باقی بماند و با لایهٔ ماسک لحیم مشترک نباشد. این لایه باید ۲ میل بزرگ‌تر از لایهٔ ماسک لحیم باشد.

5. برای فاصله‌گذاری ناحیه‌ای طلایی، از طراحی قابلیت مسیریابی پیروی کنید.

6. از سیم‌های حامل قابل جداشدن یا روش‌های ترمیم سیم حامل استفاده کنید.

یادداشت‌های ویژه

1. اگر مشتری از قبل پدهای lead-out دارد که به طلای نرم نیاز دارند، پس از حک لایهٔ بیرونی، فرآیند طلای نرم را دنبال کنید.

2. بردهایی با ضخامت طلای بیش از ۴ میکرومتر تولید نکنید.

3. برای طلا و طلا نرم با استفاده از فیلم خشک ثانویه، قواعد فاصله نسبت به ضخامت طلا به شرح زیر است: فاصلهٔ حداقل 0.38 میکرومتر (7 میل)؛ فاصلهٔ حداقل 0.8 میکرومتر (8 میل)؛ فاصلهٔ حداقل ≥1.0 میکرومتر (10 میل).

طلاکاری الکتروپلیت بدون نیکل (طلا سخت / طلا نرم)

الزامات و یادداشت‌ها

1. برای طلای بدون نیکل مورد درخواست مشتری، چه طلای سخت باشد چه نرم، حداقل ضخامت طلا باید ۰٫۵ میکرومتر کنترل شود. اگر کمتر از ۰٫۵ میکرومتر باشد، از طلای بدون نیکل استفاده نکنید.

2. اگر ضخامت طلا بیش از ۴ میکرومتر باشد، انجام ندهید.

3. برای بردهایی که روی آن‌ها طلا سخت یا نرم با آبکاری نیکل انجام شده است، از همان قوانین پیروی کنید. تنها تفاوت این است که MI را به‌عنوان “فقط طلا، بدون نیکل” علامت نزنید. در عوض، ضخامت مورد نیاز نیکل را وارد کنید.

4. برای طلا و طلای سخت با لایهٔ خشک ثانویه، قواعد فاصله عبارتند از: برای 0.38 میکرومتر طلا حداقل 7 میل؛ برای 0.8 میکرومتر طلا حداقل 8 میل؛ برای 1.0 میکرومتر طلا و بالاتر حداقل 10 میل.

الزامات طراحی و نکات مربوط به آبکاری طلا

وقتی سیم‌های حامل وجود دارند

در انتهای انگشت طلایی یک رد یابی به عرض ۱۲ میل به‌عنوان مسیر تغذیه اضافه کنید. برای ضخامت نهایی مس ≤ ۲ اونس، اگر ضخامت مس > ۲ اونس باشد، عرض رد یابی تغذیه نباید کمتر از حداقل عرض خط برد باشد. در هر دو طرف انگشت طلایی، در نزدیک‌ترین شکاف فرزکاری، یک انگشت طلایی تقلبی اضافه کنید تا جریان تقسیم شود. این کار به جلوگیری از عدم یکنواختی ضخامت در انگشتان طلایی میانی کمک می‌کند.

وقتی سیم‌های قطب وجود ندارند (الکتروتیتانوم محلی)

1. سوراخ‌کاری: فقط سوراخ‌های PTH را که از برد عبور می‌کنند، سوراخ کنید. برای سوراخ‌های NPTH از روش پردازش دو مته استفاده کنید.

2. ماسک لحیم ۱: یادداشت‌های MI باید بیان کنند که از فیلم طلای الکتریکی استفاده شود.

3. علامت‌گذاری ۱: توضیحات MI بیان می‌کنند که نیازی به علامت‌گذاری نیست، فقط برد را بپزید.

4. ماسک لحیم ۲: یادداشت‌های MI دستور می‌دهند که ماسک لحیم را بردارید. پس از برداشتن ماسک لحیم، سریعاً به فرآیند بعدی بروید تا از اکسید شدن جلوگیری شود.

توجه

۱. فیلم مسیریابی باید موقعیت‌هایی را که قرار است با طلاکاری الکتریکی پوشانده شوند، بپوشاند.
II. برای پدهای الکترو-طلایی متصل به ردپاها، در محل اتصال پد به ردپا یک قطره اشک اضافه کنید.
III. ماسک لحیم ۲: یادداشت‌های MI بیان می‌کنند که سطح الکترو-طلای باید سنباده‌زنی نشود. برای الکترو-طلای یک‌طرفه، فقط سمت مسی بزرگ را در تمیزکاری اولیه سنباده‌زنی کنید.

توانایی‌های آبکاری طلای فیلیفست