Ett guldpläterat kretskort är ett kretskort där en nickel-guldbeläggning appliceras på kopparfoliens yta genom galvanisering. Det främsta syftet med denna process är att förbättra korts slitstyrka, korrosionsbeständighet och elektriska ledningsförmåga, samtidigt som prestandan för högfrekvent signalöverföring optimeras.
Principer för guldpläterings processen
Guldpläterings processen innebär i huvudsak elektroplätering av ett guldskikt på ytan av kretskort. I elektropläteringscellen fungerar kretskort som katod och guldet som anod. I en elektrolyt som innehåller guldjoner (till exempel en kaliumguldcyanidlösning) tar guldjonerna emot elektroner vid katoden, reduceras till guldatomer och avsätts på kretskorts yta. Den kemiska ekvationen för denna reaktion är: Au³⁺ + 3e⁻ → Au.
Guldplätering kan delas in i hårdguld och mjukguld. Eftersom hårdguldplätering i huvudsak är plätering av en legering (dvs. en blandning av Au och andra metaller) är den relativt hård och lämpar sig för tillämpningar som utsätts för påfrestningar och friktion. Inom elektronikindustrin används det vanligtvis för kantkontakterna på kretskort (allmänt kända som ”guldfingrar”). Mjukt guld används däremot vanligtvis för att binda aluminiumtrådar på COB-enheter (Chip On Board) eller som kontaktyta för mobiltelefonknappar; på senare tid har det använts i stor utsträckning på båda sidor av BGA-bärarkort.
Det huvudsakliga syftet med elektroplätering är att applicera ett guldskikt på kopparskiktet på ett kretskort. Direkt kontakt mellan guld och koppar leder dock, på grund av potentialskillnaden mellan de två metallerna, till en fysikalisk reaktion som kallas elektronöverföring och diffusion. Därför måste först ett nickelskikt elektropläteras för att fungera som en barriär, varefter guldet ska deponeras ovanpå detta skikt. Följaktligen bör den process som generellt kallas ”guldplätering” tekniskt sett benämnas ”nickel-guldplätering”.
Hårt guld och mjukt guld
Skillnaden mellan hårt guld och mjukt guld ligger i sammansättningen av det slutliga guldskiktet. Vid pläteringen kan antingen rent guld eller en legering appliceras. Eftersom rent guld är relativt mjukt kallas det för ”mjukt guld”. Eftersom guld bildar en bra legering med aluminium ställs det ofta vissa krav på tjockleken på detta rena guldskikt när aluminiumtrådar ansluts till COB:er.
Om man istället väljer en guld-nickellegering eller en guld-koboltlegering kallas dessa legeringar för ”hårt guld”, eftersom de är hårdare än rent guld. Beläggningsprocesser för mjukt guld och hårt guld: Mjukt guld: Syraetsning → Nickelbeläggning → Beläggning med rent guld Hårt guld: Syraetsning → Nickelbeläggning → Förbeläggning med guld (flashguld) → Beläggning med guld-nickel- eller guld-koboltlegering
Kemisk guldplätering
Kemisk guldplätering är en term som oftast används för att hänvisa till ytbehandlingsmetoden ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold). Fördelen ligger i möjligheten att avsätta nickel och guld på ett kopparsubstrat utan behov av den komplexa elektropläteringsprocessen; dessutom är ytan jämnare än den hos elektropläterat guld, vilket är särskilt viktigt för alltmer miniatyriserade elektroniska komponenter och enheter som kräver hög ytjämnhet (fin delning).
Eftersom ENIG använder en kemisk förskjutningsmetod för att skapa det yttre guldskiktet kan guldskiktets maximala tjocklek i princip inte matcha det hos elektropläterat guld; dessutom minskar guldhalten ju djupare man kommer in i skiktet. Eftersom det bygger på principen om förskjutning är ENIG-guldskiktet ”rent guld”; följaktligen klassificeras det ofta som en typ av ”mjukt guld”.
Vissa använder det också som ytbehandling för COB-aluminium bindningstrådar, men strikta krav måste uppfyllas för att guldskiktets tjocklek ska vara minst 3–5 mikro-tum (μ‘). I allmänhet är det svårt att uppnå en kemisk guldtjocklek som överstiger 5 μ”, eftersom ett för tunt guldskikt kommer att äventyra aluminiumtrådarnas vidhäftning; medan standardgalvaniserat guld lätt kan uppnå en tjocklek på 15 mikro-tum (μ”) eller mer, även om kostnaden ökar i takt med guldskiktets tjocklek.
Flash Gold
Begreppet ”Flash Gold” härstammar från det engelska ordet ”flash”, vilket betyder snabb guldplätering. I själva verket är det en ”förpläterings process” inför hårdguldplätering. Med hänvisning till den tidigare nämnda ”Processbeskrivningen för nickel-guldplätering” använder man en högre strömstyrka och ett bad med högre guldkoncentration för att först bilda ett finkornigare men tunnare guldskikt på ytan av nickelskiktet, vilket underlättar efterföljande plätering av guld-nickel- eller guld-koboltlegeringar.
Vissa har, när de sett att denna metod kan producera guldpläterade kretskort till en lägre kostnad och på kortare tid, börjat tillverka ”flash-gold-kretskort” för försäljning. Eftersom ”flash-gold” utelämnar den efterföljande guldpläteringsprocessen är kostnaden betydligt lägre än för äkta guldpläterade kretskort. Eftersom guldskiktet är extremt tunt täcker det dock i allmänhet inte hela nickelskiktet under, vilket gör kretskort mer utsatt för oxidation om det förvaras för länge, vilket i sin tur påverkar lödbarheten.
Användningsområden för guldpläterade kretskort
1.Konsumentelektronik: Säkerställer prestanda i mobiltelefoner och datorer
Anslutningsstift på moderkort i mobiltelefoner (t.ex. laddningsportar och SIM-kortplatser): Här används en hårdguldpläteringsprocess som är slitstark och rostfri, vilket garanterar en stabil elektrisk anslutning även efter tusentals insättningar och uttagningar.
BGA-lödpunkter på datorers CPU:er: Dessa använder elektrokemisk nickel-guldplätering (ENIG, en vanlig ytbehandlingsteknik för kretskort). Den släta, icke-oxiderande ytan säkerställer precis lödning mellan chipet och moderkortet, vilket förhindrar fördröjningar eller blå skärmar.
Sensorkontakter på smartklockor: Ett tunt lager av guld skyddar mot korrosion från svett, vilket förlänger enhetens livslängd och säkerställer att den förblir funktionsduglig även under ansträngande träning.
2.Bilelektronik: ”Stabilisatorn” i extrema miljöer
Batterihanteringssystem (BMS) i nya energifordon: Guldpläteringen tål temperaturer från -40 °C till 125 °C och motstår korrosion från saltspray, vilket gör den fullt lämpad för de tuffa förhållandena i motorrummet.
Radarkretskort för autonom körning: Guldets utmärkta ledningsförmåga minskar signalförlusten, vilket möjliggör mer precis radardetektering och förhindrar felbedömningar.
Anslutningspunkter för underhållningssystem i bilen: Den slitstarka guldpläteringen tål frekvent anslutning och frånkoppling, vilket säkerställer att anslutningarna förblir säkra även under ojämna resor.
3.Medicintekniska produkter: Den ”osynliga försvarslinjen” för livssäkerhet
Styrkretskort för MR-skannrar: Guldpläteringen upprätthåller signalstabiliteten även under starka magnetfält, vilket garanterar exakta diagnostiska data.
Anslutningspunkter för ledningar i implanterbara enheter (t.ex. pacemakrar): Här används mjukt guld av hög renhet, vilket ger utmärkt biokompatibilitet och långvarig ledningsförmåga och förhindrar att kroppen stöter bort enheten.
Testkontakter i blodsockermätare: Guldpläteringen förhindrar korrosion från blodet, vilket säkerställer snabb överföring av bioelektriska signaler vid varje test.
4.Avancerade sektorer: ”Ryggraden” i rymdindustrin och 5G-kommunikation
Högfrekventa kretskort i 5G-basstationer: Guldpläteringen minskar signaldämpningen, vilket möjliggör högre hastigheter och bredare täckning, även för millimetervågsöverföring.
Kommunikations kretskort i satelliter: Ett guldpläteringsskikt med en tjocklek på 1–5 mikrometer tål rymdstrålning och extrema temperaturvariationer, vilket säkerställer att signalerna överförs tillbaka till jorden på ett tillförlitligt sätt.
Anslutningsplintar för industriella sensorer: Guldpläteringen är motståndskraftig mot damm och fukt, vilket säkerställer datanoggrannhet även vid långvarig drift i fabriksmiljöer.
Fördelar med guldpläterade kretskort:
1.Förbättrad ledningsförmåga
Guld har utmärkt elektrisk ledningsförmåga. Guldpläteringen bildar ett ledande metallskikt vid kretsanslutningarna på kretskort, vilket avsevärt förbättrar kretsens ledningsförmåga. Detta bidrar till att minska motståndet vid kretsanslutningarna, minimera signalförluster och förbättra stabiliteten och tillförlitligheten i signalöverföringen.
2.Förebyggande av oxidation och korrosion
Guldpläteringsskiktet har utmärkt kemisk stabilitet och motstår oxidation och korrosion. Detta skyddar kretskort från erosion av skadliga ämnen i den yttre miljön, såsom fukt, saltspray och kemiska gaser, vilket förlänger dess livslängd.
3.Förbättrad lödprestanda
Oxidationsskikt kan bildas på metallytor under lödprocessen, vilket påverkar lödkvaliteten. Guldpläteringsskiktet minskar tjockleken på ytans oxidationsskikt, vilket förbättrar lödskedets tillförlitlighet och hållfasthet. Dessutom ger guldpläteringsskiktet bättre lödkontakt, minskar termisk påfrestning under lödprocessen och minimerar förekomsten av lödfel.
4.Förbättrad estetisk utstrålning
Guldplätering ger kretskorts yta en metallisk lyster, vilket förbättrar dess estetiska utstrålning och produktkvalitet samt ökar produktens konkurrenskraft på marknaden.
5.Uppfyllande av specifika krav
I vissa avancerade elektroniska produkter ställs högre krav på kretskort ledningsförmåga, korrosionsbeständighet, lödbarhet och visuella kvalitet. Som en effektiv ytbehandlingsteknik kan guldplätering uppfylla dessa specifika krav.
6.Hantera utmaningar kring lödkvalitet
I takt med att integrationen av elektroniska produkter ökar och IC-stiften blir allt tätare, har den traditionella vertikala tennsprutningstekniken svårt att möta utmaningarna med att löda fina kontaktytor. Guldpläteringstekniken erbjuder överlägsen lödprestanda och tillförlitlighet, vilket minskar förekomsten av lödfel såsom kalla lödpunkter.
Tack vare sin utmärkta ledningsförmåga, korrosionsbeständighet och lödningssäkerhet används guldpläterade kretskort nu i stor utsträckning inom konsumentelektronik, fordonsindustri, medicinteknik och rymdindustri. I takt med att elektroniska produkter utvecklas mot högre frekvenser och större precision utvecklas även guldpläterings processerna ständigt för att uppfylla allt strängare prestandakrav.
