Kullattu PCB valmistus ja viimeistely

Kultauksella tarkoitetaan tässä sähköisesti pinnoitettua kultaa. Se kattaa myös nikkeli-kultaelektropinnoituksen, elektrolyyttisen kullan, sähkökullan ja sähköpinnoitetut nikkeli-kulta-levyt. Kultausta on kahta päätyyppiä. Toinen on pehmeä kulta. Toinen on kova kulta. Kovakultaa käytetään usein kultasormiin.

Perusajatus on yksinkertainen. Nikkeli ja kulta (usein kultasuolat) liukenevat kemialliseen kylpyyn. Piirilevy menee pinnoitussäiliöön. Sitten johdetaan sähkövirta. Tämä saa nikkeli-kultaa sisältävän kerroksen muodostumaan piirilevyn kuparifolioon. Nikkelikultausta käytetään laajalti elektroniikassa. Tämä johtuu siitä, että pinnoitettu kerros on kova, kuluu hyvin ja kestää hapettumista.

Miksi käyttää kullattuja piirilevyjä?

IC-piireissä on nyt enemmän nastoja. Nastat ovat lähempänä toisiaan. Ruiskutinaprosesseilla ei voida tehdä hyvin hienoista tyynyistä riittävän tasaisia. Tämä tekee SMT sijoittaminen vaikeaa. Myös tina- tai HASL-levyjen säilyvyys on lyhyt. Kullatut levyt ratkaisevat osan näistä ongelmista.

1. Pintaliitostekniikassa ja hyvin pienissä osissa, kuten 0201- ja pienemmissä osissa, tyynyn tasaisuudella on suuri merkitys. Padin tasaisuus vaikuttaa juotospastan tulostuksen laatuun. Tämä vaikuttaa sitten reflow-juottamisen laatuun. Koko levyn kattava kullapinnoitus on siis yleistä tiheissä ja hyvin pienissä SMD-tuotteissa.

2. Kokeilu- tai prototyyppivaiheessa osien ostaminen voi viivästyttää kokoonpanoa. Joskus SMT ei voi alkaa viikkoihin tai kuukausiin piirilevyn valmistuksen jälkeen. Kullatuilla levyillä on paljon pidempi säilyvyysaika kuin tinalevyillä. Siksi monet suosivat kullattuja levyjä. Näytepainoksissa kullattujen piirilevyjen kustannukset ovat myös lähellä tinalevyjen kustannuksia.

3. Kun reititys tihenee, jäljen leveys ja etäisyys toisistaan nousee 3-4 millimetriin. Tämä lisää kultalangan oikosulun riskiä. Kun signaalin taajuus nousee, skin-ilmiöstä tulee entistä tärkeämpi. Skin-ilmiö tarkoittaa, että korkeataajuinen vaihtovirta liikkuu lähellä johtimen pintaa. Tämä muuttaa signaalien kulkua pinnoitetuissa kerroksissa. Tämä voi vaikuttaa signaalin laatuun. Skin-syvyys riippuu taajuudesta.

Monissa malleissa kultaus auttaa juotettavuuden, säilyvyyden ja mekaanisen kulumisen suhteen. Suunnittelijoiden on kuitenkin varottava sellaisia ongelmia kuin kultalangan oikosulku ja signaalin muutokset korkeilla taajuuksilla.

Kova kulta vs pehmeä kulta

Mitä on kova kulta?

Kovakulta tarkoittaa, että kultakerrokseen lisätään muita metalleja. Tämä muuttaa kullan rakennetta. Kerroksesta tulee kovempi. Yleisesti käytettyjä metalleja ovat koboltti, nikkeli, kupari, palladium ja indium. Aiemmin käytettiin myös rautaa, tinaa ja kadmiumia. Nykyään koboltti ja nikkeli ovat yleisiä. Joskus lisätään vähän indiumia värin säätämiseksi.

Pinnoituksen kovuus riippuu metalliseoksen pitoisuudesta. Liittimien koskettimien kovuus on usein noin HV130-220. Joidenkin koriste- tai korupinnoitteiden, kuten 18 k:n kullan, kovuus voi olla noin 400. Aikaisemmat seokset, kuten kulta-kupari-kadmium tai nykyaikainen kulta-kupari-indium, voivat olla erittäin kovia.

Kovakultaa käytetään silloin, kun kulumiskestävyydellä on merkitystä. Esimerkiksi liittimien liittimissä ja koristeosissa.

Mitä on pehmeä kulta?

Pehmeä kulta on puhdasta kultaa. Muita metalleja tai elementtejä ei ole lisätty. Kerros on pehmeämpi, noin HV70-kovuus. Pehmeä kulta sopii hyvin sirujen liimaukseen ja ultraääniliimaukseen. LED-teollisuus käyttää usein pehmeää kultaa johtojen liimaukseen.

Pehmeän ja kovan kullan pinnoitusjaksot

Pehmeä kultajakso

Peittaus → Nikkelipinnoitus → Puhdas kultapinnoitus

Kova kultajakso

Peittaus → Nikkelipinnoitus → Esikultaus (flash-kulta) → Kulta-nikkeli- tai kulta-kobolttiseoksen sähköpinnoitus

Nämä vaiheet ovat tavanomaisia työvaiheita tuotantotiloissa. Niillä varmistetaan nikkelipohjamaali ja sen jälkeen kultamaalaus. Kultausta edeltävä vaihe auttaa tarttuvuuden ja lopullisen kovuuden hallinnassa kovan kullan käsittelyä varten.

Upotuskullan ja galvanoidun kullan välinen ero

Seuraavassa on käytännön eroja, joita insinöörit usein näkevät. Valitse prosessi tuotteen tarpeiden perusteella.

1. Kiderakenne ja paksuus vaihtelevat. Upotuskulta (jota kutsutaan teollisuudessa usein ENIG-kullaksi) ja galvanoitu kulta muodostavat erilaisia kiderakenteita. Tässä olevan huomautuksen mukaan upotuskulta on yleensä paksumpaa ja sen väri on kultaisempi. Asiakkaat saattavat pitää tästä ulkonäöstä enemmän.

2. Upotuskultaa on käytännössä helpompi juottaa. Se aiheuttaa yleensä vähemmän juotosvirheitä ja vähemmän asiakasvalituksia. Upotuskultaa rasitetaan myös vähemmän. Tuotteisiin, jotka tarvitsevat liimausta, upotuskulta voi olla sopivampi. Mutta koska upotuskulta on pehmeämpää kuin galvanoitu kovakulta, upotuskulta ei ole yhtä kulutuskestävää kultasormille.

3. Niin kauan kuin tyynyissä on nikkeliä aluskerroksena, ihovaikutuksen signaalireitti pysyy kuparissa. Joten upotuskullan ei pitäisi vahingoittaa signaalin siirtoa.

4. Upotuskullan sanotaan olevan tiheämpi kiderakenne ja kestävän paremmin hapettumista. Valitse prosessi tuotteen tarpeiden mukaan.

5. Kun reititys on tiheämpää, jäljen leveys ja etäisyys 3-4 millimetriin, galvanoitu kulta voi aiheuttaa helpommin kultalangan oikosulkuja. Upotuskulta, jossa nikkeliä on tyynyjen alla, estää kultalangan oikosulun monissa tapauksissa.

6. Upotuskullatyynyt, joissa on nikkelialusta, sitoutuvat paremmin juotosmaskiin ja kupariin. Tämä tekee maskin kiinnittymisestä lujempaa. Kun insinöörit tekevät kompensaatioita tai jälkitöitä, etäisyys ei helposti muutu.

7. Upotuskultaa käytetään usein levyissä, joiden tasaisuus on suurempi ja joiden kokoonpano on kriittinen. Siinä ei yleensä esiinny mustia tyynyongelmia kokoonpanon jälkeen. Upotuskullan tasaisuus ja säilyvyys ovat monissa tapauksissa verrattavissa hyvään galvanoituun kultaan.

Huomautus: Nämä kohdat kuvastavat käytännön kokemusta myymälästä. Testaa aina oma tuote ja kokoonpanolinja.

PCB-pinnan kultausprosessin virtaus

Alla on esimerkkejä koko levyn kattavan galvanoidun kovan kullan virtauksista. Arvot ja vaiheet noudattavat myymälästandardia.

Kovakultainen galvanoitu koko levy, kullan paksuus ≤ 1,5 μm.

Prosessin kulku

Esikäsittely → Ulkokerroksen kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kuviopinnoitus kupari-nikkeli-kulta → Toissijainen kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kovakullan galvanointi → Ulkokerroksen syövytys → Seuraava prosessi

Tuotantomerkinnät

1. Käytä GPM-220-kuivaa kalvoa, joka kestää sähkökultaa.

2. Jos koko levyssä ei ole juotosmaskin painatusta, toista kuivaa kalvoa ei tarvita.

3. Jos levyssä on juotosmaski, toisen kuivan kalvon tulisi peittää vain tyynyn ikkunan paikat. Älä levitä toista kalvoa koko levylle.

4. Toissijaisen kuivakalvokalvon (kuivakalvon kalvo) pitäisi toimia kuten juotosmaskikalvon. Pidä vain tyynyt, äläkä jaa samaa kalvoa kuin juotosmaskikalvo. Kuivakalvon on oltava 2 milliä suurempi kuin juotosmaskikalvon.

Kullan paksuus 1,5 μm < kullan paksuus ≤ 4,0 μm

Prosessin kulku

Esikäsittely → Kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kuviopinnoitus → Ulkokalvon etsaus → Toissijainen kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kiinteä kupari-nikkeli-kulta-levy → Kovakullan elektrolyyttinen pinnoitus → Johtimien irrotus → Seuraava prosessi

Tuotantomerkinnät

1. Käytä GPM-220-kuivaa kalvoa sähkökultaukseen.

2. Jos koko levylle ei paineta juotosmaskia, toista kuivaa kalvoa ei tarvita.

3. Jos on juotosmaski, toinen kuiva kalvo vain tyynyn ikkunoissa. Älä tee koko levyä.

4. Toissijaisen kuivan kalvon tulisi pitää vain tyynyjä eikä sitä voida jakaa juotospeitekalvon kanssa. Sen on oltava 2 milliä suurempi kuin juotosmaskikalvon.

5. Kullattujen alueiden välejä varten katso reititysvalmiuksien suunnittelu.

6. Käytä irrotettavia johdinjohtimia tai johdinjohtimien uudelleenkäsittelymenetelmiä.

Erityiset huomautukset

1. Paksun kullan pinnoittamisessa käytetään nykyään usein kulta-kobolttiseosta. Tämä on yleistä piirilevyjen pistokkeissa tai kosketinkytkinten tyynyissä.

2. Jos kyseessä on koko piirilevyn paksu kulta, arvioi, onko paksuilla kulta-alueilla SMT- vai BGA-tyynyjä. Jos näin on, varoita asiakasta mahdollisista juotettavuusongelmista. Ehdota näille paikoille sen sijaan kuvioidun kupari-nikkeli-kullan käyttöä.

3. Jos asiakas on jo valmistanut kovan kullan tarvitsemat lyijytyynyt, voit ulkokerroksen syövytyksen jälkeen jatkaa suoraan kovan kullan käsittelyä.

4. Älä tee levyjä, joiden kullan paksuus on yli 4 μm.

5. Prosesseissa, joissa käytetään sekundääristä kuivakalvoa kullan + kovan kullan käsittelyyn, etäisyysvaatimukset kullan paksuuden mukaan ovat: kullan paksuuden ollessa 0,38 μm min. etäisyys 7 mil; 0,8 μm min. etäisyyden ollessa 8 mil; ≥1,0 μm min. etäisyyden ollessa 10 mil.

Koko levyn kattava galvanoitu pehmeä kulta (kullan paksuus ≤ 1,5 μm).

Prosessin kulku

Esikäsittely → Ulkokerroksen kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kuviopinnoitus kupari-nikkeli-kulta → Toissijainen kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Pehmeän kullan galvanointi → Ulkokerroksen syövytys → Seuraava prosessi

Tuotantomerkinnät

1. Käytä GPM-220-kuivaa kalvoa, joka kestää sähkökultaa.

2. Jos koko levyssä ei ole juotosmaskin painatusta, toista kuivakalvoa ei tarvita.

3. Jos levyssä on juotosmaski, toinen kuiva kalvo vain tyynyikkunoille, ei koko levylle.

4. Toissijainen kuiva kalvo vastaa juotosmaskikalvoa. Säilytä vain tyynyt. Älä jaa juotosmaskikalvon kanssa. Sen on oltava 2 milliä suurempi kuin juotosmaskikalvon.

Kullan paksuus 1,5 μm < kulta ≤ 4,0 μm

Prosessin kulku

Esikäsittely → Kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kuviopinnoitus → Ulkokalvon syövytys → Toissijainen kuivakalvo → Kuivakalvon tarkistus → Kuviopinnoitus kupari-nikkeli-kulta → Pehmeän kullan elektrolyyttinen pinnoitus → Johtimien irrotus → Seuraava prosessi

Tuotantomerkinnät

1. Käytä GPM-220-kuivaa kalvoa, joka kestää sähkökultaa.

2. Jos koko levyssä ei ole juotosmaskin painatusta, toista kuivakalvoa ei tarvita.

3. Jos levyssä on juotosmaski, toinen kuiva kalvo vain tyynyikkunoita varten.

4. Toissijaisen kuivan kalvon on pidettävä vain tyynyjä eikä sitä saa jakaa juotospeitekalvon kanssa. Sen on oltava 2 milliä suurempi kuin juotosmaskikalvon.

5. Kulta-alueiden välejä varten noudata reititysvalmiussuunnittelua.

6. Käytä irrotettavia johdinjohtoja tai korjausjohdinmenetelmiä.

Erityiset huomautukset

1. Jos asiakkaalla on jo pehmeää kultaa tarvitsevia lyijytyynyjä, noudata pehmeän kullan käsittelyä ulomman kerroksen syövytyksen jälkeen.

2. Älä tee levyjä, joiden kullan paksuus on yli 4 μm.

3. Kulta + pehmeä kulta, jossa käytetään sekundääristä kuivaa kalvoa, etäisyyssäännöt suhteessa kullan paksuuteen ovat seuraavat: 0,38 μm minimiväli 7 mil; 0,8 μm minimiväli 8 mil; ≥1,0 μm minimiväli 10 mil.

Nikkelitön galvanoitu kulta (kova / pehmeä kulta)

Vaatimukset ja huomautukset

1. Asiakkaan pyytämän nikkelittömän kullan, olipa se sitten kovaa tai pehmeää kultaa, vähimmäispaksuuden on oltava 0,5 μm. Jos paksuus on alle 0,5 μm, älä käytä nikkelitöntä kultaa.

2. Jos kullan paksuus > 4 μm, älä tee.

3. Noudata samoja sääntöjä niiden levyjen osalta, joissa on nikkelillä galvanoitu kova- tai pehmeäkulta. Ainoa ero on se, että älä merkitse MI:tä merkinnällä “vain kultaa, ei nikkeliä”. Sen sijaan täytä vaadittu nikkelin paksuus.

4. Kun kyseessä on kulta + kova kulta, jossa on toissijainen kuiva kalvo, välyssäännöt ovat seuraavat: 0,38 μm kulta vähintään 7 mil; 0,8 μm vähintään 8 mil; 1,0 μm ja enemmän vähintään 10 mil.

Kultausta koskevat suunnitteluvaatimukset ja huomautukset

Kun on johtimia

Lisää kultasormen päähän 12 millimetrin levyinen jälki lyijyksi. Valmiin kuparin paksuus ≤ 2 oz, jos kuparin paksuus on > 2 oz, lyijyjäljen ei pitäisi olla pienempi kuin levyn vähimmäisviivan leveys. Kultaisen sormen molemmille puolille, lähimpään jyrsintäaukkoon, lisätään väärennetty kultainen sormi virran jakamiseksi. Tämä auttaa estämään keskimmäisten kultasormien epätasaisen paksuuden.

Kun ei ole johtimia (paikallinen sähköpaksu kulta).

1. Poraus: Poraa vain PTH-reikiä, jotka menevät levyn läpi. Käytä NPTH-reikien käsittelyssä kahden poran menetelmää.

2. Juotosmaski 1: MI huomautuksissa olisi mainittava, että käytetään sähkökultaista kalvoa.

3. Merkintä 1: MI huomautuksissa todetaan, ettei merkintöjä tehdä, ainoastaan leivotaan taulu.

4. Juotosmaski 2: MI huomautukset tila juotosmaskin poistamiseksi. Kun olet poistanut juotosmaskin, siirry nopeasti seuraavaan prosessiin hapettumisen välttämiseksi.

Huomio

I. Reitityskalvolla on peitettävä kohdat, jotka kullataan sähkökullalla.
II. Jos sähkökultaiset tyynyt on kytketty jälkiin, lisää pisarapisara tyynyt ja jäljen liitoskohtaan.
III. Juotosmaski 2: MI huomautuksia valtion sähkökultaista pintaa ei saa hioa. Yksipuolisen sähkökullan osalta huomautus, jonka mukaan vain suuri kuparipuoli on hiottava etupään puhdistuksessa.

Philifastin kullapinnoitusvalmiudet