PCB建造的终涂层工艺在最近几年来已履历首要变更。这些变更是对降服HASL(hot air solder leveling)规模的不时须要和HASL替换体例愈来愈多的成果。 终涂层是用来掩护电路铜箔的外表。铜(Cu)是焊接元件的很好的外表，但轻易氧化；氧化铜妨碍焊锡的熔湿(wetting)。固然


PCB建造的终涂层工艺在最近几年来已履历首要变更。这些变更是对降服HASL(hot air solder leveling)规模的不时须要和HASL替换体例愈来愈多的成果。

终涂层是用来掩护电路铜箔的外表。铜(Cu)是焊接元件的很好的外表，但轻易氧化；氧化铜妨碍焊锡的熔湿(wetting)。固然此刻利用金(Au)来笼盖铜，由于金不会氧化；金与铜会敏捷彼此分散渗入。任何裸露的铜都将很快构成不可焊接的氧化铜。一个体例是利用镍(Ni)的“妨碍层”，它防止金与铜转移和为元件的拆卸供给一个经久的、导电性外表。

PCB对非电解镍涂层的请求

非电解镍涂层应当实现几个功效：

金积淀的外表

电路的终目标是在PCB与元件之间构成物理强度高、电气特征好的毗连。若是在PCB外表存在任何氧化物或净化，这个焊接的毗连用现今的弱助焊剂是不会发生的。

金天然地积淀在镍上面，并在持久的贮存中不会氧化。可是，金不会积淀在氧化的镍上面，因此镍必须在镍浴(nickel bath)与金消融之间坚持纯洁。如许，镍的一个请求是坚持无氧化充足长的时候，以允许金的积淀。元件开辟出化学浸浴，以允许在镍的积淀中6~10%的磷含量。非电解镍涂层中的这个磷含量是作为浸浴节制、氧化物、和电气与物理特征的细心均衡斟酌的。

硬度

非电解镍涂层外表用在很多请求物理强度的利用中，如汽车传动的轴承。PCB的须要远不这些利用严酷，可是对引线接合(wire-bonding)、触感垫的打仗点、插件毗连器(edge-connetor)和处置可延续性，必然的硬度仍是首要的。

引线接合请求一个镍的硬度。若是引线使积淀物变形，磨擦力的丧失能够发生，它赞助引线“熔”到基板上。SEM照片显现不渗入到立体镍/金或镍/钯(Pd)/金的外表。

电气特征

由于轻易建造，铜是选作电路构成的金属。铜的导电性优胜于几近每种金属(表一)1,2。金也具备杰出的导电性，是外层金属的完善挑选，由于电子偏向于在一个导电线路的外表活动(“表层”效益)。

铜 1.7 μΩcm
金 2.4 μΩcm
镍 7.4 μΩcm
非电解镍镀层 55~90 μΩcm
表一、PCB金属的电阻率

固然大都出产板的电气特征不受镍层影响，镍可影响高频旌旗灯号的电气特征。微波PCB的旌旗灯号丧失可跨越设想者的规格。这个景象与镍的厚度成比例 - 电路须要穿过镍达到焊锡点。在很多利用中，电气旌旗灯号可经由过程划定镍积淀小于2.5μm规复到设想规格以内。

打仗电阻

打仗电阻与可焊接性差别，由于镍/金外表在全部终端产物的寿命内坚持不焊接。镍/金在持久环境裸露以后必须坚持对内部打仗的导电性。Antler的1970年著述以数目表现镍/金外表的打仗请求。研讨了各类终利用环境：3“65°C，在室温下任务的电子体系的一个一般高温度，如计较机；125°C，通用毗连器必须任务的温度，常常为军事利用所划定；200°C，这个温度对飞翔设备变得愈来愈首要。”

对高温环境，不须要镍的樊篱。跟着温度的降低，请求用来防止镍/金转移的镍的数目增添(表二)。

镍樊篱层 65°C时的对劲打仗 125°C时的对劲打仗 200°C时的对劲打仗
0.0 μm 100% 40% 0%
0.5 μm 100% 90% 5%
2.0 μm 100% 100% 10%
4.0 μm 100% 100% 60%
表二、镍/金的打仗电阻(1000小时成果)

在Antler的研讨中利用的镍是电镀的。估计从非电解镍中将获得改良，如Baudrand所证实的4。可是，这些成果是对0.5 μm的金，这里立体凡是积淀0.2 μm。立体能够揣度对在125°C操纵的打仗元件是充足的，但更高的温度元件将请求特地的测试。

Antler倡议：“镍越厚，樊篱越好，在一切环境中都是如斯，可是PCB建造的现实环境鼓动勉励工程师只积淀所须要的镍量。立体镍/金此刻已用于那些利用触感垫打仗点的蜂窝德律风和寻呼机。这类元件的规格是最少2 μm镍。

毗连器

非电解镍/浸金利用于含有弹簧共同、压入共同、高压滑动合其余无焊接毗连器的电路板出产。

插件毗连器请求更长的物理经久性。在这些环境中，非电解镍涂层对PCB利用的强度是充足的，可是浸金则不够。很薄的纯金(60~90 Knoop)在反复磨擦时会从镍上摩损掉。当金去掉后，裸露的镍很快氧化，成果增添打仗电阻。

非电解镍涂层/浸金能够不是那些在全部产物寿命内承受屡次拔出的插件毗连器的佳挑选。保举镍/钯/金外表用于多用处毗连器。

樊篱层

非电解镍在板上有三个樊篱层的功效：1)防止铜对金的分散；2)防止金对镍的分散；3)Ni3Sn4金属间化合物构成的镍的来历。

铜对镍的分散

铜经由过程镍的转移成果将是铜对外表金的分化。铜将很快氧化，构成拆卸时的可焊性差，这发生在漏镀镍的环境。镍须要用来防止空板储运时期和当板的其余地区已焊接时的拆卸时期的迁徙分散。因此，樊篱层的温度请求是低于250°C之下少于一分钟。

Turn与Owen6研讨过差别的樊篱层对铜和金的感化。他们发明“...在400°C和550°C时铜渗入值的比拟显现，有8~10%磷含量的六价铬与镍是所研讨的有用的樊篱层”。(表三)

镍厚度 400°C 24小时 400°C 53小时 550°C 12小时
0.25 μm 1 μm 12 μm 18 μm
0.50 μm 1 μm 6 μm 15 μm
1.00 μm 1 μm 1 μm 8 μm
2.00 μm 无分散 无分散 无分散
表三、铜穿过镍向金的渗入

根据Arrhenius方程，在较高温度下的分散是成指数地慢。风趣的是，在这个实验中，非电解镍比电镀镍效力高2~10倍。Turn与Owen指出“...一个(8%)这类合金的2μm(80μinch)樊篱将铜的分散削减到一个能够疏忽的境界。”

从这个极度温度实验看出，少2μm的镍厚度是一个宁静的规格。

镍对金的分散

非电解镍的二请求是镍不要穿过浸金的“颗粒”或“细孔”迁徙。若是镍与氛围打仗，它将氧化。氧化镍是不可焊接和用助焊剂去掉坚苦的。

有几篇文章是对镍和金用于陶瓷芯片载体的。这些资料承受拆卸的极度温度达到很长的时候。这些外表的一个罕见实验是500°C温度15分钟。

为了评价立体非电解镍/浸金外表防止镍氧化的才能，停止了温度老化外表的可焊性研讨。测试了差别的热/湿度和时候前提。这些研讨已显现镍遭到浸金的充实掩护，在永劫的老化以后允许杰出的可焊性。

镍对金的分散能够是在某些环境中对拆卸的一个限制身分，如金热声波引线接合(gold thermalsonic wire-bonding)。在这个利用中，镍/金外表比镍/钯/金外表更头一些。Iacovangelo研讨了钯作为镍与金的妨碍层的分散特征，发明0.5μm的钯可防止乃至在极度温度的迁徙。这个研讨也证实在500°C温度15分钟内，不俄歇电子能谱学(Auger spectroscopy)所决议的铜分散穿过2.5μm的镍/钯。

镍锡金属间化合物

在外表贴装或波峰焊接运转时期，从PCB外表的原子将与焊锡原子夹杂，决议于金属的分散特征和构成“金属间化合物”的才能(表四)。

金属 温度°C 分散率(μinches/sec.)
金 450 486 117.9 167.5
铜 450 525 4.1 7.0
钯 450 525 1.4 6.2
镍 700 1.7
PCB资料在焊接中的分散率

在镍/金与锡/铅体系中，金顿时溶入散锡当中。焊锡经由过程构成Ni3Sn4金属间化合物构成对上面镍的强附着性。应当积淀充足的镍以保障焊锡将不会达到铜上面。Bader的丈量标明不须要多过0.5μm的镍来坚持这个樊篱层，乃至要履历跨越六次的温度巡回。现实上，所察看到的大金属间化合层厚度小于0.5μm(20μinch)。

多孔性

非电解镍/金只是近才成为一种通俗的终PCB外表涂层，因此财产法式能够对这类外表并不合适。此刻有一种用于测试用作插件毗连器的电解镍/金的多孔性的硝酸蒸汽工艺(IPC-TM-650 2.3.24.2)9。非电解镍/浸金通不过这个测试。已开辟出一个利用铁氰化钾的欧洲多孔性规范，来决议立体外表的绝对多孔性，成果因此单元每平方毫米的小孔数(pores/mm2)给出的。一个好的立体外表应当在100倍缩小系数下少于每平方毫米10个小孔。

论断

PCB建造财产由于本钱、周期时候和资料兼容性的缘由，对削减积淀在电路板上的镍的数目感乐趣。小镍的规格应当赞助防止铜对金外表的分散、坚持杰出的焊接点强度、和较低的打仗电阻。大镍的规格应当允许板建造的矫捷性，由于不严峻的生效体例是与厚的镍积淀有关的。

对大大都明天的电路板设想，2.0μm(80μinches)的非电解镍涂层是所请求的小镍厚度。在现实操纵中，在PCB的一个出产批号中将利用一个规模的镍厚度。镍厚度的变更将是浸浴化学品特征的变更和主动起吊机械的驻留时候的变更成果。为了保障2.0μm的小值，来自终用户的规格应当请求3.5μm，小为2.0μm，大为8.0μm。

镍厚度的这个划定规模已证实是合适于上百万电路板的出产的。该规模知足可焊性、货架寿命和明天电子产物的打仗请求。由于拆卸请求是从一个产物差别于另外一个产物，外表涂层能够须要针对每一个特别利用停止优化。