¿Cuáles son las ventajas de la galvanoplastia y el revestimiento no electrolítico?
Introducción
A medida que el diseño de circuitos de equipos electrónicos se vuelve cada vez más complejo, la densidad del circuito es cada vez mayor, hay cada vez más circuitos separados y puntos de unión, y muchos Las placas de circuitos impresos complejos requieren más funcionalidad en el proceso final de acabado de su superficie. Es decir, este proceso de fabricación no sólo permite que el recubrimiento tenga líneas más delgadas, orificios más pequeños y áreas de soldadura más planas, sino que también permite que el recubrimiento resultante sea soldable, adherible, duradero y tenga baja resistencia al contacto. [1]
El proceso de chapado en oro actual adecuado para la unión de alambres de oro es el niquelado/chapado en oro blando, que no solo tiene un recubrimiento suave y alta pureza (hasta 99,99), sino que también tiene una excelente soldabilidad y Función de unión de alambre dorado. Desafortunadamente, es del tipo galvanoplastia y no se puede utilizar para placas impresas con líneas no conductoras. Conectar todas las líneas de un tablero multicapa y luego restaurarlas requiere mucha mano de obra y recursos materiales, y en ocasiones es casi imposible de lograr. [2] Además, el espesor de la capa de oro galvanizado cambiará con el cambio de densidad de corriente durante la galvanoplastia. Para garantizar el espesor a la corriente más baja, el recubrimiento a alta densidad de corriente excederá el espesor requerido, lo que no sólo aumenta el costo, sino que también trae problemas a la instalación superficial posterior.
El niquelado electrolítico/dorado por desplazamiento es un proceso de revestimiento totalmente electrolítico que se puede utilizar para placas impresas con circuitos no conductores. Esta combinación de recubrimiento proporciona una excelente soldabilidad, pero solo es adecuada para unir cables de aluminio, no para unir cables de oro. La solución habitual de reemplazo de chapado en oro es débilmente ácida y puede corroer el níquel-fósforo no electrolítico (Ni2P) para formar una capa de reemplazo de chapado en oro, dejando fósforo en la superficie de la capa de níquel no electrolítico para formar una almohadilla negra, que a menudo causa fallas en las uniones de soldadura. o descamación de la capa de oro durante la soldadura. Al intentar resolver estos problemas ampliando el tiempo de chapado en oro y aumentando el espesor de la capa de oro, la fuerza de unión y el efecto de unión de la capa de oro se reducen significativamente. [3]
El niquelado electrolítico/chapado en paladio/chapado en oro por desplazamiento también es un proceso completo de enchapado no eléctrico, que se puede utilizar para placas impresas con circuitos no conductores. Tiene una excelente función de unión, pero la soldabilidad. no es muy bueno. Uno de los primeros objetivos del desarrollo de este nuevo proceso fue sustituir el oro por paladio barato. Pero en los últimos años el precio del paladio se ha disparado hasta alcanzar más de tres veces el precio del oro, por lo que sus aplicaciones serán cada vez menores.
El baño de oro no electrolítico utiliza un agente reductor para reducir directamente los iones complejos de oro en oro metálico. No deposita oro al grabar la capa química de aleación de níquel-fósforo. Por lo tanto, el uso de niquelado químico/chapado en oro químico en lugar de niquelado químico/chapado en oro de reemplazo puede eliminar fundamentalmente el problema del área negra (soldadura) causado por la reacción de sustitución. Sin embargo, la mayoría de las soluciones de chapado en oro no electrolítico comunes en el mercado son ácidas (PH4-6), por lo que todavía existe una reacción de grabado de la aleación química de níquel-fósforo. Sólo el baño de oro neutro por vía química puede evitar reacciones de desplazamiento. Los resultados experimentales muestran que si el niquelado químico / niquelado químico neutro o el niquelado químico / niquelado por desplazamiento (
El proceso de niquelado autocatalítico con oro no electrolítico se ha estudiado mucho, se puede dividir aproximadamente en dos tipos: cianuro -libre y libre de cianuro La solución de recubrimiento es costosa e inestable. Por lo tanto, desarrollamos un proceso de recubrimiento de oro químico neutro utilizando cianuro de oro de potasio como sal de oro y solicitamos una patente. proceso de enchapado y otros procesos de enchapado en oro. Soldabilidad de unión y efecto de unión
Dos experimentos
Prueba de adhesión de 1
Prueba de rendimiento de unión en unión termosónica automatizada de ensamblaje AB306B ASM. Un extremo del alambre de oro se une a la bola de oro, lo que se llama unión de bola. El otro extremo del alambre de oro se suelda a la almohadilla de oro, lo que se llama unión de cuña. Luego, el alambre de oro se engancha con un metal. gancho tire hacia arriba con fuerza hasta que el cable dorado se rompa y registre automáticamente la fuerza de tracción cuando se rompa. Si se rompe en la llave de bola o la llave de cuña, significa que la unión no está calificada.
Si se quita el alambre de oro, significa que la unión es buena. Cuanto mayor sea la fuerza de tracción promedio necesaria para romper el alambre de oro, mayor será la fuerza de la unión.
Los parámetros de unión de la bola de oro en este experimento son: tiempo 45 ms, configuración de energía ultrasónica 55, fuerza 55 g; los parámetros de unión de la unión en cuña son: tiempo 25 ms, configuración de energía ultrasónica 180, fuerza 155; . La temperatura de funcionamiento para la unión de dos puntos es de 140 °C y el diámetro del alambre de oro es de 32 micras (1,25 mils).
2 Prueba de soldabilidad (prueba de soldabilidad)
La prueba de soldabilidad se realizó en la máquina de prueba de corte de bolas de soldadura DAGE-BT 2400PC. Primero aplique fundente en las uniones de soldadura, luego coloque una bola de soldadura de 0,5 mm de diámetro y luego envíela a la máquina de soldadura por reflujo para calentarla y soldar firmemente. Finalmente, el brazo de corte de la máquina descansa sobre la bola de soldadura y empuja la bola de soldadura hacia atrás con fuerza hasta que la bola de soldadura se aleja de la unión de soldadura. La máquina registrará automáticamente la fuerza de corte necesaria para empujar la bola de soldadura. Cuanto mayor sea la fuerza de corte requerida, más fuerte será la soldadura.
3 Microscopía electrónica de barrido y análisis de energía por difracción de electrones de rayos X (EDX).
El microscopio electrónico de barrido JSM-5310LV Joel se utiliza para analizar la estructura de la superficie y la estructura de la sección transversal del recubrimiento. A partir de la estructura transversal entre el oro y el níquel, se puede juzgar si existen problemas como cinturones negros o dientes negros. EDX puede analizar el porcentaje relativo de cada ingrediente en la pintura.
Tres. Resultados y discusión
La formación de bandas negras entre el niquelado no electrolítico y el chapado en oro de 1 sustitución
Sumergir la PCB niquelada no electrolíticamente en una solución de enchapado en oro de sustitución débilmente ácida provocará que el capa de niquelado a Se forma una capa de oro de reemplazo en la superficie. Si retira con cuidado la capa de oro de reemplazo, encontrará una capa de níquel negro en la interfaz. Debajo de esta capa de níquel negro, también hay una capa negra de niquelado no electrolítico. A veces, la capa de níquel negro penetra profundamente en el niquelado normal. Si esta capa de níquel negro tiene forma de tira, se denomina "cinturón negro". El contenido de fósforo en el área del cinturón negro es tan alto como 12,84, mientras que el contenido de fósforo en el área de niquelado no electrolítico es sólo 8,02. La capa dorada de la cinta negra se pega fácilmente a la cinta y se desprende. A veces, la capa de níquel negro formada por la corrosión tiene forma de diente, llamada "dientes negros".
¿Por qué se forman al mismo tiempo la capa de níquel negro y la capa de oro de reemplazo? Esto debería explicarse por el mecanismo de reacción de desplazamiento. Como todos sabemos, el niquelado no electrolítico es en realidad un revestimiento de aleación de níquel-fósforo (Ni2P). En un ambiente débilmente ácido, reacciona con iones complejos de cianuro de oro en solución de oro de la siguiente manera:
Ni2P 4[Au(CN)2]―→4Au 2[Ni(CN)4]2 ― P
Como resultado, se forma una capa de oro y la aleación Ni-P es corroída por el oro, donde el Ni se convierte en ion complejo de cianuro de níquel (Ni(CN)4)2- y el fósforo permanece en la superficie. El fósforo residual hará que la capa de niquelado no electrolítico se vuelva negra y aumentará el contenido de fósforo en la superficie. Para reproducir este fenómeno, también descubrimos que si la capa de níquel químico se sumerge en otros líquidos de micrograbado, también se volverá negra. El análisis EDX mostró que el contenido de níquel en la capa superficial disminuyó de 78,8 a 48,4, mientras que el contenido de fósforo aumentó de 8,56 a 13,14.
2 La influencia del área negra (soldadura) en la soldabilidad y la función de soldadura
Durante el proceso de soldadura, tanto los recubrimientos de oro como los de aleación ordinaria de níquel-fósforo se pueden fundir en la soldadura, pero negro El fósforo restante en la superficie de la capa de níquel no puede migrar a la capa de oro y fusionarse con la soldadura. Cuando existe una gran cantidad de capa de níquel negro, la humectabilidad de su superficie para soldar se reduce considerablemente, lo que debilita en gran medida la resistencia de la soldadura. Además, la pureza y el espesor (aproximadamente 0,1 µm) de la capa de chapado en oro de reemplazo son muy bajos. Por lo tanto, es más adecuado para la unión con alambre de aluminio y no para la unión con alambre de oro.
La influencia del valor de pH de la solución de reemplazo de chapado en oro en la corrosión de la capa de niquelado no electrolítico
Hay dos formas de chapado en oro no electrolítico:
1 ) Oro migratorio (IG) Reacción de desplazamiento.
2) Chapado en oro no electrolítico (EG) mediante reacción de reducción química.
El dorado por desplazamiento se lleva a cabo mediante una reacción de sustitución directa entre el níquel fósforo no electrolítico y los iones de cianuro de oro en la solución de dorado.
Ni2P 4[Au(CN)2]―→4Au 2[Ni(CN)4]2 ― P
Como se mencionó anteriormente, el resultado de la reacción es la deposición de oro y la disolución del níquel, el fósforo sin reaccionar permanece en la superficie de la capa de niquelado no electrolítico y aparecen áreas negras (bandas negras, dientes negros, etc.) en la interfaz oro/níquel.
Por otro lado, la capa de chapado en oro no electrolítico se forma reduciendo iones complejos de cianuro de oro con hipofosfito.
2[Au(CN)2]― H2PO―2 H2O→2Au A2PO―3 4CN ― H2 ↑
Como resultado de la reacción, los iones de oro se reducen a metálicos. oro, y el agente reductor hipofosfito se oxida a fosfito. Por lo tanto, esta reacción no implica la corrosión de la aleación de níquel-fósforo no electrolítica ni del residuo de fósforo, por lo que no habrá problema de zona negra.
Tabla 1 Detección de banda negra y corrosión para varias combinaciones EN/Au mediante análisis de perfil SEM.
Los resultados muestran que el problema del cinturón negro o de la almohadilla negra depende principalmente del valor de pH de la solución de chapado en oro. Cuanto menor sea el valor de PH, más rápida será la corrosión de la capa de niquelado no electrolítico y más fácil será la formación de tiras negras. Si se utiliza un baño de oro químico neutro en un paso (EN/EG-1) o un baño de oro químico neutro en dos pasos (EN/EG-1/EG-2), no se observará corrosión ni bandas negras, ni soldadura débil. ocurrirá un problema.
4 Comparación de la soldabilidad de varias combinaciones de procesos de chapado en oro de placas de circuito impreso
La Tabla 2 muestra los resultados obtenidos mediante mediciones de prueba de cizallamiento con bola de soldadura obtenidas mediante varias combinaciones de procesos de chapado en oro en placas de circuito impreso. placas de circuitos resulta en la soldabilidad del recubrimiento. El modo de falla en la tabla es 1. La soldadura de madera superficial se rompe de la almohadilla dorada. El modo de fractura 2 indica que la fractura ocurrió en la propia bola de soldadura.
Tabla 2 Comparación de la soldabilidad de los recubrimientos obtenidos mediante varias combinaciones de procesos de chapado en oro de tableros impresos
Los resultados de la Tabla 2 muestran que el níquel galvanizado/oro blando galvanizado tiene la mayor resistencia al corte ( 1370 g) o la soldadura más fuerte. El niquelado químico/el niquelado químico neutro/el niquelado químico neutro también muestran una excelente resistencia al corte superior a 800 g/g
Comparación de las funciones de unión del alambre de oro de diferentes combinaciones de procesos de chapado en oro para tableros impresos
La Tabla 3 muestra los resultados de la prueba de unión con alambre de oro de recubrimientos obtenidos de varias combinaciones de procesos de chapado en oro de placas de circuito impreso a través de una máquina de unión termoacústica automática de ensamblaje ASM.
Tabla 3 Resultados de la prueba de unión con alambre de oro de recubrimientos obtenidos mediante varias combinaciones de procesos de chapado en oro de tableros impresos
Como se puede ver en la Tabla 3, a través del niquelado tradicional no electrolítico/oro por desplazamiento La combinación de recubrimiento obtenida mediante el método tiene ocho puntos que se rompen en la soldadura de bola y dos puntos que se rompen en la soldadura de cuña o la almohadilla de oro impresa. Una buena combinación no permite la rotura en la soldadura de bola y en la soldadura de cuña. Esto muestra que el proceso de niquelado no electrolítico/oro por desplazamiento no se puede utilizar para la unión de alambres de oro. La función combinada de niquelado químico/chapado en oro químico neutro/chapado en oro químico neutro es excelente, lo que equivale al niquelado químico/chapado en paladio químico/chapado en oro por desplazamiento y niquelado/chapado en oro químico. Nos damos cuenta de que esto se debe a que la capa de chapado en oro no electrolítico tiene una alta pureza (no se deposita fósforo) y una baja dureza (98VHN25).
El impacto del espesor de la capa de baño de oro químico en el rendimiento de la unión del alambre de oro
Una buena unión del alambre de oro requiere un cierto espesor de la capa de baño de oro. Con este fin, contamos con varios métodos químicos de enchapado en oro para depositar capas de oro con un espesor de 0,2 ~ 0,68 μm y luego medir sus propiedades de unión. La Tabla 4 enumera las fuerzas de tracción promedio y los modos de falla obtenidos con diferentes espesores de capa de oro.
Tabla 4 Efecto del espesor de la capa de chapado en oro no electrolítico sobre la función de unión del alambre de oro
Como se puede observar en la Tabla 4, cuando el espesor de la capa de chapado en oro no electrolítico es 0,2 μm, a veces se produce fractura en la unión en cuña en alambres de oro, lo que indica que cuando el espesor es de 0,2 micras, la función de unión del alambre de oro es muy pobre. Cuando el espesor de la capa de oro es superior a 0,25 micras, las fracturas son. todo sobre los alambres de oro, y los alambres de oro rotos están La fuerza de tracción promedio requerida también es mayor, lo que indica que la función de unión en este momento es muy buena. En aplicaciones prácticas, controlamos el espesor del chapado en oro no electrolítico a 0,5-0,6 μm, que es ligeramente inferior a los 0,6-0,7 μm del oro blando galvanizado, porque la planitud del chapado en oro no electrolítico es mejor que la del oro galvanizado y no se ve afectada por distribución actual.
Cuatro conclusiones
1. Se puede evitar la corrosión del niquelado no electrolítico cuando el enchapado en oro neutro no electrolítico reemplaza al enchapado en oro de sustitución débilmente ácido, eliminando así fundamentalmente la corrosión en la interfaz entre el níquel no electrolítico. Enchapado y enchapado en oro de sustitución. Área de soldadura negra o problema de cinturón negro.
La capa de recubrimiento de níquel químico/oro químico neutro con un espesor de oro de 0,25 ~ 0,50 μm tiene una excelente soldabilidad y función de unión de alambre de oro. Es un proceso alternativo ideal para galvanizar níquel y oro y es adecuado para alambres finos. y tableros impresos de alta densidad.
La galvanoplastia de níquel/oro no es adecuada para placas de circuito impreso, mientras que el baño de oro químico neutro no tiene tales limitaciones, por lo que tiene amplias perspectivas de aplicación.