PCB制造的最終涂層工藝在近年來(lái)已經(jīng)經(jīng)歷重要變化。這些變化是對(duì)克服HASL(hot air solder leveling)局限的不斷需求和HASL替代方法越來(lái)越多的結(jié)果。

最終涂層是用來(lái)保護(hù)電路銅箔的表面。銅(Cu)是焊接元件的很好的表面，但容易氧化;氧化銅阻礙焊錫的熔濕(wetting)。雖然現(xiàn)在使用金 (Au)來(lái)覆蓋銅，因?yàn)榻鸩粫?huì)氧化;金與銅會(huì)迅速相互擴(kuò)散滲透。任何暴露的銅都將很快形成不可焊接的氧化銅。一個(gè)方法是使用鎳(Ni)的“障礙層”，它防 止金與銅轉(zhuǎn)移和為元件的裝配提供一個(gè)耐久的、導(dǎo)電性表面。

非電解鎳涂層應(yīng)該完成幾個(gè)功能：

金沉淀的表面

電路的最終目的是在PCB與元件之間形成物理強(qiáng)度高、電氣特性好的連接。如果在PCB表面存在任何氧化物或污染，這個(gè)焊接的連接用當(dāng)今的弱助焊劑是不會(huì)發(fā)生的。

金自然地沉淀在鎳上面，并在長(zhǎng)期的儲(chǔ)存中不會(huì)氧化。可是，金不會(huì)沉淀在氧化的鎳上面，因此鎳必須在鎳浴(nickel bath)與金溶解之間保持純凈。這樣，鎳的第一個(gè)要求是保持無(wú)氧化足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以允許金的沉淀。元件開(kāi)發(fā)出化學(xué)浸浴，以允許在鎳的沉淀中6~10%的磷含量。非電解鎳涂層中的這個(gè)磷含量是作為浸浴控制、氧化物、和電氣與物理特性的仔細(xì)平衡考慮的。

硬度

非電解鎳涂層表面用在許多要求物理強(qiáng)度的應(yīng)用中，如汽車(chē)傳動(dòng)的軸承。PCB的需要遠(yuǎn)沒(méi)有這些應(yīng)用嚴(yán)格，但是對(duì)于引線接合(wire-bonding)、觸感墊的接觸點(diǎn)、插件連接器(edge-connetor)和處理可持續(xù)性，一定的硬度還是重要的。

引線接合要求一個(gè)鎳的硬度。如果引線使沉淀物變形，摩擦力的損失可能發(fā)生，它幫助引線“熔”到基板上。SEM照片顯示沒(méi)有滲透到平面鎳/金或鎳/鈀(Pd)/金的表面。

電氣特性

由于容易制作，銅是選作電路形成的金屬。銅的導(dǎo)電性?xún)?yōu)越于幾乎每一種金屬。金也具有良好的導(dǎo)電性，是最外層金屬的完美選擇，因?yàn)?a target="_blank">電子傾向于在一個(gè)導(dǎo)電路線的表面流動(dòng)(“表層”效益)。

銅 1.7 μΩcm

金 2.4 μΩcm

鎳 7.4 μΩcm

非電解鎳鍍層 55~90 μΩcm

雖然多數(shù)生產(chǎn)板的電氣特性不受鎳層影響，鎳可影響高頻信號(hào)的電氣特性。微波PCB的信號(hào)損失可超過(guò)設(shè)計(jì)者的規(guī)格。這個(gè)現(xiàn)象與鎳的厚度成比例 - 電路需要穿過(guò)鎳到達(dá)焊錫點(diǎn)。在許多應(yīng)用中，電氣信號(hào)可通過(guò)規(guī)定鎳沉淀小于2.5μm恢復(fù)到設(shè)計(jì)規(guī)格之內(nèi)。

接觸電阻

接觸電阻與可焊接性不同，因?yàn)殒?金表面在整個(gè)終端產(chǎn)品的壽命內(nèi)保持不焊接。鎳/金在長(zhǎng)期環(huán)境暴露之后必須保持對(duì)外部接觸的導(dǎo)電性。 Antler的1970年著作以數(shù)量表示鎳/金表面的接觸要求。研究了各種最終使用環(huán)境：3“65°C，在室溫下工作的電子系統(tǒng)的一個(gè)正常最高溫度，如計(jì) 算機(jī);125°C，通用連接器必須工作的溫度，經(jīng)常為軍事應(yīng)用所規(guī)定;200°C，這個(gè)溫度對(duì)飛行設(shè)備變得越來(lái)越重要。”

對(duì)于低溫環(huán)境，不需要鎳的屏障。隨著溫度的升高，要求用來(lái)防止鎳/金轉(zhuǎn)移的鎳的數(shù)量增加。

鎳屏障層 65°C時(shí)的滿(mǎn)意接觸 125°C時(shí)的滿(mǎn)意接觸 200°C時(shí)的滿(mǎn)意接觸

0.0 μm 100% 40% 0%

0.5 μm 100% 90% 5%

2.0 μm 100% 100% 10%

4.0 μm 100% 100% 60%