Позолоченная печатная плата — это печатная плата, на поверхность медной фольги которой посредством гальваники наносится никель-золотое покрытие. Основная цель этого процесса заключается в повышении износостойкости, коррозионной стойкости и электропроводности платы, а также в оптимизации характеристик передачи высокочастотных сигналов.
Принципы процесса позолоты
Процесс позолоты в основном заключается в гальваническом нанесении слоя золота на поверхность печатная плата. В гальванической ячейке печатная плата выступает в качестве катода, а золото — в качестве анода. В электролите, содержащем ионы золота (например, растворе цианида калия и золота), ионы золота получают электроны на катоде, восстанавливаются до атомов золота и осаждаются на поверхности печатной платы. Химическая формула этой реакции: Au³⁺ + 3e⁻ → Au.
Покрытие золотом можно разделить на твердое и мягкое. Поскольку твердое золото представляет собой сплав (т. е. смесь Au и других металлов), оно относительно твердое и подходит для применения в условиях нагрузки и трения. В электронной промышленности оно обычно используется для краевых контактов на печатных плат (обычно называемых «золотыми пальцами»). Мягкое золото, с другой стороны, обычно используется для соединения алюминиевых проводов на сборках COB (Chip On Board) или в качестве контактной поверхности для кнопок мобильных телефонов; в последнее время оно широко используется на обеих сторонах несущих плат BGA.
Основная цель гальванического покрытия заключается в нанесении золотого слоя на медный слой печатная плата. Однако прямой контакт золота с медью вызывает физическую реакцию, известную как перенос и диффузия электронов, из-за разности потенциалов между этими двумя металлами. Поэтому сначала необходимо нанести гальваническим способом слой никеля, который будет выполнять функцию барьера, а затем нанести золото на этот слой. В результате процесс, обычно называемый «покрытием золотом», с технической точки зрения следует называть «покрытием никель-золотом».
Твердое золото и мягкое золото
Разница между твердым и мягким золотом заключается в составе конечного слоя золота. При нанесении покрытия может использоваться чистое золото или сплав. Поскольку чистое золото относительно мягкое, его называют «мягким золотом». Поскольку золото образует хороший сплав с алюминием, при соединении алюминиевых проводов с COB обычно предъявляются определенные требования к толщине этого слоя чистого золота.
Кроме того, если предпочтение отдается золото-никелевому или золото-кобальтовому сплаву, эти сплавы называют «твердым золотом», поскольку они более твердые, чем чистое золото. Процессы нанесения покрытий для мягкого и твердого золота: Мягкое золото: травление кислотой → никелевое покрытие → покрытие чистым золотом Твердое золото: травление кислотой → никелевое покрытие → предварительное золотое покрытие (флэш-золото) → покрытие из золото-никелевого или золото-кобальтового сплава
Химическое золочение
Химическое золочение — это термин, который чаще всего используется для обозначения метода обработки поверхности ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold). Его преимущество заключается в возможности нанесения никеля и золота на медную подложку без необходимости сложного процесса гальваники; кроме того, поверхность получается более гладкой, чем у гальванического золота, что особенно важно для все более миниатюрных электронных компонентов и сборок, требующих высокой плоскостности поверхности (мелкий шаг).
Поскольку в ENIG для создания поверхностного слоя золота используется метод химического вытеснения, максимальная толщина слоя золота, в принципе, не может соответствовать толщине гальванического золота; кроме того, содержание золота уменьшается по мере углубления в слой. Поскольку он основан на принципе вытеснения, слой золота ENIG является «чистым золотом»; следовательно, его часто классифицируют как вид «мягкого золота».
Некоторые также используют его в качестве обработки поверхности для алюминиевых соединительных проводов COB, но при этом необходимо соблюдать строгие требования, чтобы толщина золотого слоя составляла не менее 3–5 микродюймов (μ‘). Как правило, достичь толщины химического золота более 5 мк. дюймов сложно, так как слишком тонкий слой золота ухудшает адгезию алюминиевых проволок; в то время как стандартное гальваническое золото может легко достигать толщины 15 мк. дюймов (μ”) и более, хотя стоимость увеличивается пропорционально толщине слоя золота.
Flash Gold
Термин «Flash Gold» происходит от английского слова «Flash», означающего быстрое нанесение золотого покрытия. Фактически это «подготовительный этап» перед нанесением твердого золотого покрытия. Согласно упомянутому ранее «Описанию процесса никель-золотого покрытия», в нем используется более высокий ток и ванна с более высокой концентрацией золота, чтобы сначала сформировать более мелкозернистый, но более тонкий слой золота на поверхности никелевого слоя, что облегчает последующее нанесение покрытия из золото-никелевых или золото-кобальтовых сплавов.
Некоторые, видя, что этот метод позволяет производить позолоченные печатные платы с меньшими затратами и за меньшее время, начали «флэш-позолочивать» печатные платы для продажи. Поскольку при «флэш-покрытии золотом» пропускается последующий процесс нанесения золотого покрытия, его стоимость значительно ниже, чем у подлинных печатных плат с золотым покрытием. Однако, поскольку слой золота чрезвычайно тонкий, он, как правило, не способен эффективно покрыть весь никелевый слой под ним, что делает печатную плату более подверженной окислению при длительном хранении, что, в свою очередь, влияет на паяемость.
Области применения печатных плат с позолоченными контактами
1.Бытовая электроника: обеспечение надежной работы мобильных телефонов и компьютеров
Контакты разъемов на материнских платах мобильных телефонов (такие как порты зарядки и слоты для SIM-карт): здесь используется метод гальванического нанесения твердого золота, которое отличается износостойкостью и устойчивостью к коррозии, что обеспечивает стабильное электрическое соединение даже после тысяч циклов вставки и извлечения.
Паяные соединения BGA на процессорах компьютеров: здесь используется электрохимическое никель-золотое покрытие (ENIG, распространенная технология обработки поверхности печатных плат). Гладкая, не подверженная окислению поверхность обеспечивает точное паяние между чипом и материнской платой, предотвращая задержки или появление «синего экрана».
Контакты датчиков на смарт-часах: тонкий слой золота защищает от коррозии, вызванной потом, продлевая срок службы устройства и обеспечивая его работоспособность даже во время интенсивных физических нагрузок.
2.Автомобильная электроника: «стабилизатор» в экстремальных условиях
Системы управления аккумуляторными батареями (BMS) в автомобилях на новых источниках энергии: позолота выдерживает температуры от -40 °C до 125 °C и устойчива к коррозии под воздействием солевого тумана, что делает ее полностью пригодной для суровых условий моторного отсека.
Радарные печатные платы для автономного вождения: превосходная проводимость золота снижает потери сигнала, обеспечивая более точное обнаружение радаром и предотвращая ошибочные оценки.
Точки подключения для автомобильных развлекательных систем: износостойкое золотое покрытие выдерживает частые подключения и отключения, обеспечивая надежность соединений даже во время езды по неровной дороге.
3.Медицинское оборудование: «невидимая линия защиты» для обеспечения безопасности жизни
Печатные платы управления для аппаратов МРТ: позолота обеспечивает стабильность сигнала даже в условиях сильных магнитных полей, гарантируя точность диагностических данных.
Зоны соединения электродов в имплантируемых устройствах (таких как кардиостимуляторы): используется мягкое золото высокой чистоты, обладающее превосходной биосовместимостью и долговечной проводимостью, что предотвращает отторжение устройства организмом.
Контакты для тестирования в глюкометрах: Покрытие из золота предотвращает коррозию под воздействием крови, обеспечивая быструю передачу биоэлектрических сигналов при каждом тесте.
4.Высокотехнологичные секторы: «Опора» аэрокосмической отрасли и связи 5G
Высокочастотные печатные платы в базовых станциях 5G: Покрытие из золота снижает затухание сигнала, обеспечивая более высокие скорости и более широкий охват даже при передаче миллиметровых волн.
Коммуникационные печатные платы в спутниках: слой золотого покрытия толщиной 1–5 микрометров выдерживает космическое излучение и экстремальные перепады температур, обеспечивая надежную передачу сигналов обратно на Землю.
Клеммные колодки для промышленных датчиков: золотое покрытие устойчиво к пыли и влаге, обеспечивая точность данных даже при длительной эксплуатации в заводских условиях.
Преимущества печатные платы с позолоченными контактами:
1.Повышенная проводимость
Золото обладает превосходной электропроводностью. Позолота образует проводящий металлический слой на соединениях цепей печатной платы, что значительно повышает проводимость цепи. Это способствует снижению сопротивления на соединениях цепей, минимизации потерь сигнала, а также повышению стабильности и надежности передачи сигнала.
2.Предотвращение окисления и коррозии
Слой позолоты обладает превосходной химической стабильностью, противостоящей окислению и коррозии. Это защищает печатную плату от воздействия вредных веществ внешней среды, таких как влажность, солевой туман и химические газы, тем самым продлевая срок ее службы.
3.Улучшение характеристик пайки
Во время процесса пайки на металлических поверхностях могут образовываться окислительные слои, что влияет на качество пайки. Слой золотого покрытия уменьшает толщину поверхностного окислительного слоя, тем самым повышая надежность и прочность паяного соединения. Кроме того, слой золотого покрытия обеспечивает лучший контакт при пайке, снижает тепловую нагрузку во время процесса пайки и сводит к минимуму возникновение дефектов пайки.
4.Повышение эстетической привлекательности
Покрытие золотом придает поверхности печатной платы металлический блеск, повышая ее эстетическую привлекательность и качество изделия, а также увеличивая его конкурентоспособность на рынке.
5.Выполнение специфических требований
В некоторых высокотехнологичных электронных изделиях предъявляются повышенные требования к проводимости, коррозионной стойкости, паяемости и внешнему виду печатная плата. Являясь эффективной технологией обработки поверхности, покрытие золотом способно удовлетворить эти специфические требования.
6.Решение проблем с качеством пайки
По мере увеличения степени интеграции электронных изделий и повышения плотности выводов интегральных схем традиционная технология вертикального напыления олова с трудом справляется с задачами пайки мелких контактных площадок. Технология позолоты обеспечивает превосходные характеристики и надежность пайки, снижая вероятность возникновения дефектов пайки, таких как холодные паяные соединения.
Благодаря превосходной проводимости, коррозионной стойкости и надежности пайки, печатная плата с позолоченными контактами в настоящее время широко используются в бытовой электронике, автомобилестроении, медицине и аэрокосмической отрасли. По мере того как электронные изделия развиваются в направлении более высоких частот и большей точности, процессы позолоты также постоянно совершенствуются, чтобы соответствовать все более строгим требованиям к характеристикам.
