תהליך טיפול פני השטח של PCB ממלא תפקיד מכריע בביצועים ובאמינות של מוצרים. תהליך ציפוי ניקל/טבילת זהב ללא חשמל הפך לפתרון המועדף לטיפול משטחי PCB של מוצרים אלקטרוניים-מתקדמים רבים, בשל המוליכות הטובה, יכולת ההלחמה המצוינת ועמידות הקורוזיה יוצאת הדופן שלו. ב-תהליך ENIG, בקרת העובי של שכבות הניקל והזהב היא אלמנט הליבה להבטחת איכות וביצועי הציפוי, וישנה משמעות רבה לשמירה קפדנית על מפרטי בקרת העובי הרלוונטיים.
1, עיקרון תהליך ומיקום פונקציית הציפוי
תהליך ה-ENIG הושלם באמצעות שני שלבים: ציפוי ניקל ללא חשמל וציפוי זהב טבילה
מנגנון שקיעת שכבת ניקל: ניצול תגובות קטליטיות עצמיות ליצירת שכבת ניקל בגודל 3-6 מיקרומטר על פני הנחושת, המשמשת כמחסום דיפוזיה למניעת התפרקות מפרק הלחמה הנגרמת על ידי דיפוזיה של פח נחושת, תוך מתן חוזק תמיכה מכני.
כיסוי שכבת זהב: על ידי תגובת עקירה, שכבת זהב דקה של 0.05-0.1 מיקרומטר מונחת על פני שכבת הניקל, המבודדת את שכבת הניקל ממגע באוויר ומבטיחה ריתוך לטווח ארוך ומוליכות יציבה.
2, תקן ליבה לבקרת עובי שכבת ניקל
(1) סף עובי וניתוח סיכונים
טווח שליטה אידיאלי: 4-5 מיקרומטר
סיכון גבול תחתון (<3 μ m): diffusion barrier failure, solder joint cracking due to excessive generation of Cu Sn intermetallic compounds.
Upper limit risk (>6 מיקרומטר): הזינוק במתח הציפוי מוביל לסיכון של קילוף ומגדיל את עלויות הייצור.
(2) ההשפעה של תוכן זרחן על ביצועי הציפוי
שכבת ניקל זרחנית בינונית (6% -9%): בעלת הביצועים המקיפים הטובים ביותר, מבנה גבישי עדין ואחיד, איזון יכולת ריתוך ועמידות בפני קורוזיה ויציבות בקרת עובי חזקה.
High phosphorus nickel layer (>10%): עמידות מצוינת בפני קורוזיה אך יכולת הרטבה גרועה, הדורשת שליטה מדויקת על פרמטרים כגון טמפרטורת תמיסת הציפוי (88 ± 2 מעלות) וערך pH (4.8-5.0).
שכבת ניקל זרחנית נמוכה (1% -5%): בעלת תכונות מגנטיות אך עמידות חלשה בפני קורוזיה, מתאימה לתרחישים פונקציונליים ספציפיים.
3, נקודות מפתח לשליטה בעובי שכבת הזהב
(1) דיוק עובי וסיכון כישלון
טווח בקרת יעד: 0.07 ± 0.01 מיקרומטר
סיכון גבול תחתון (<0.05 μ m): The oxidation rate of the nickel layer is accelerated, and the wettability decreases during welding, causing false welding problems.
Upper limit risk (>0.12 מיקרומטר): היווצרות מוגזמת של תרכובות בין-מתכתיות Au Sn, שבריריות מוגברת של מפרקי הלחמה ועלות מוגברת של צריכת מתכות יקרות.
(2) ערכת טכנולוגיית בקרת תהליכים
תהליך טבילת זהב בדופק: על ידי שימוש באותות פולסים מפולחים כדי לווסת את קצב השקיעה של יוני זהב, בשילוב עם מערכת ניטור מקוונת EDX לכיול פרמטרים-בזמן אמת, מובטחת יציבות העובי.
אופטימיזציה דינמית של פרמטר: הגדר את זמן הטבילה, תדירות הדופק ומחזור העבודה בהתבסס על מאפייני הציוד, כגון שליטה בכמות השקעת הזהב הבודדת לערך היעד דרך מחזור הדופק.
4, מערכת זיהוי עובי ובקרת איכות
(1) יישום טכנולוגיית זיהוי רב מימדית
ספקטרוסקופיה של קרני X-: זיהוי מהיר לא-הרסני, מתאים לניטור- בזמן אמת של עובי ציפוי- גדול בקווי ייצור.
ניתוח ספקטרום אנרגטי של מיקרוסקופ אלקטרוני סורק: שיטת זיהוי רמה מיקרוסקופית המשמשת לצפייה במבנה של ציפויים ולמדוד במדויק עובי, מתאימה לאימות איכות מוצר-גבוהה.
שיטה קולומבית: זיהוי-בדיוק גבוה המבוסס על עקרון הפירוק האלקטרוכימי. למרות שזהו זיהוי הרסני, הוא מתאים למחקר ודגימה של תהליך מעבדה.
(2) אמצעי בקרת איכות תהליך מלאים
מנגנון דגימה ובדיקה: יחס הדגימה של כל אצווה של מוצרים גדול או שווה ל-5%, ותדירות הבדיקה מוגברת במהלך תהליכי מפתח כגון ציפוי ניקל וטבילה בזהב.
מערכת תפעול ותחזוקה של הציוד: כייל באופן קבוע את מערכת בקרת הטמפרטורה ומכשיר הערבול של מיכל הציפוי, פיקוח על ריכוז יוני הניקל ויוני הזהב בתמיסת הציפוי בזמן אמת, וחידוש חומרים מתכלים.
תהליך טיפול חריג: כאשר העובי חורג מהסבילות, התאם את פרמטרי התהליך בהתאם (כגון הארכת זמן התגובה אם שכבת הניקל דקה מדי, וקיצור זמן הטבילה אם שכבת הזהב עבה מדי), ועקוב ובדוק את המוצרים הבאים.
בקרת העובי של שכבת זהב ניקל בתהליך ENIG היא הקישור המרכזי להבטחת ביצועי PCB. על ידי הבהרת תקני עובי, אופטימיזציה של פרמטרי תהליך, שילוב טכנולוגיות זיהוי מתקדמות ויישום בקרת איכות קפדנית, ניתן למנוע ביעילות סיכונים כגון כשל בדיפוזיה והתפרקות מפרקי הלחמה, ולשפר את האמינות והעקביות של מוצרים אלקטרוניים.