Altın kaplamalı PCB kart, elektrokaplama yoluyla bakır folyonun yüzeyine nikel-altın kaplamanın uygulandığı bir devre kartı. Bu işlemin temel amacı, kartın aşınma direncini, korozyon direncini ve elektriksel iletkenliğini artırırken, yüksek frekanslı sinyal iletim performansını optimize etmektir.
Altın kaplama işleminin prensipleri
Altın kaplama işlemi, temel olarak PCB kart yüzeyine bir altın tabakasının elektrokaplanmasıyla gerçekleştirilir. Elektrokaplama hücresinde, PCB katot, altın ise anot görevi görür. Altın iyonları içeren bir elektrolit içinde (potasyum altın siyanür çözeltisi gibi), altın iyonları katotta elektron alır, altın atomlarına indirgenir ve PCB kart yüzeyine birikir. Bu reaksiyonun kimyasal denklemi şöyledir: Au³⁺ + 3e⁻ → Au.
Altın kaplama, sert altın ve yumuşak altın olarak ikiye ayrılabilir. Sert altın kaplama, esasen bir alaşımın (yani Au ve diğer metallerin karışımı) kaplanması olduğundan, nispeten serttir ve gerilime ve sürtünmeye maruz kalan uygulamalar için uygundur. Elektronik endüstrisinde genellikle devre kartındaki kenar kontakları (genellikle “altın parmaklar” olarak bilinir) için kullanılır. Yumuşak altın ise genellikle COB (Chip On Board) montajlarında alüminyum telleri bağlamak için veya cep telefonu tuşlarının temas yüzeyi olarak kullanılır; son zamanlarda BGA taşıyıcı kartların her iki yüzünde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Elektrokaplamanın temel amacı, baskılı devre kartı bakır tabakası üzerine altın kaplaması yapmaktır. Ancak altın ile bakır arasındaki doğrudan temas, iki metal arasındaki potansiyel farkından dolayı elektron göçü ve difüzyonu olarak bilinen fiziksel bir reaksiyona neden olur. Bu nedenle, önce bir bariyer görevi görecek bir nikel tabakası elektrokaplanmalı ve ardından altın bu tabakanın üzerine biriktirilmelidir. Sonuç olarak, genel olarak “altın kaplama” olarak adlandırılan işlem, teknik olarak “nikel-altın kaplama” olarak adlandırılmalıdır.
Sert Altın ve Yumuşak Altın
Sert altın ile yumuşak altın arasındaki fark, nihai altın tabakasının bileşiminde yatmaktadır. Kaplama sırasında, saf altın veya bir alaşım uygulanabilir. Saf altın nispeten yumuşak olduğundan, “yumuşak altın” olarak adlandırılır. Altın, alüminyumla iyi bir alaşım oluşturduğundan, alüminyum telleri COB’lara bağlarken bu saf altın tabakasının kalınlığı konusunda genellikle belirli gereklilikler getirilir.
Ayrıca, altın-nikel alaşımı veya altın-kobalt alaşımı tercih edilirse, bu alaşımlar saf altından daha sert oldukları için “sert altın” olarak adlandırılırlar. Yumuşak altın ve sert altın için kaplama işlemleri: Yumuşak altın: Asitle asitleme → Nikel kaplama → Saf altın kaplama Sert altın: Asitle asitleme → Nikel kaplama → Ön altın kaplama (flaş altın) → Altın-nikel veya altın-kobalt alaşımı kaplama
Kimyasal altın kaplama
Kimyasal altın kaplama, en yaygın olarak ENIG (Elektrolizsiz Nikel Daldırma Altın) yüzey işleme yöntemini ifade etmek için kullanılan bir terimdir. Bu yöntemin avantajı, karmaşık elektrokaplama sürecine gerek kalmadan bakır bir alt tabaka üzerine nikel ve altın biriktirebilmesidir; ayrıca, yüzey elektrokaplanmış altından daha pürüzsüzdür; bu da, yüksek yüzey düzgünlüğü gerektiren ve giderek küçülen elektronik bileşenler ve montajlar için özellikle önemlidir (ince aralık).
ENIG, altın yüzey tabakasını oluşturmak için kimyasal yer değiştirme yöntemini kullandığından, altın tabakasının maksimum kalınlığı prensipte elektrokaplamalı altınınkine ulaşamaz; ayrıca, tabakanın derinliklerine doğru altın içeriği azalır. Yer değiştirme prensibine dayandığı için ENIG altın tabakası “saf altın”dır; dolayısıyla, genellikle bir tür “yumuşak altın” olarak sınıflandırılır.
Bazıları bunu COB alüminyum bağlama telleri için bir yüzey işlemi olarak da kullanır, ancak altın tabakasının kalınlığının en az 3–5 mikro inç (μ‘) olması için katı gerekliliklerin karşılanması gerekir. Genel olarak, 5 μ’yi aşan bir kimyasal altın kalınlığı elde etmek zordur, çünkü çok ince bir altın tabakası alüminyum tellerin yapışmasını tehlikeye atar; oysa standart elektrokaplama altın, altın tabakasının kalınlığıyla orantılı olarak maliyet artmasına rağmen, 15 mikro inç (μ”) veya daha fazla bir kalınlığa kolayca ulaşabilir.
Flash Gold
“Flash Gold” terimi, hızlı altın kaplama anlamına gelen İngilizce ‘Flash’ kelimesinden türemiştir. Aslında bu, sert altın kaplama için bir “ön kaplama işlemi”dir. Daha önce bahsedilen “Nikel-Altın Kaplama İşlem Açıklaması”na göre, bu işlemde daha yüksek akım ve daha yüksek altın konsantrasyonuna sahip bir banyo kullanılarak, nikel tabakasının yüzeyinde önce daha ince taneli ancak daha ince bir altın tabakası oluşturulur ve bu da sonraki altın-nikel veya altın-kobalt alaşımlarının kaplanmasını kolaylaştırır.
Bazı kişiler, bu yöntemin daha düşük maliyetle ve daha kısa sürede altın kaplamalı PCB kart levhaları üretebildiğini görerek, satış için “flash-gold PCB’ler” üretmeye başlamıştır. “Flash-gold”, sonraki altın kaplama sürecini atladığından, maliyeti gerçek altın kaplamalı PCB kart levhalarından önemli ölçüde daha düşüktür. Ancak, altın tabakası son derece ince olduğu için genellikle altındaki nikel tabakasının tamamını etkili bir şekilde kaplayamaz ve PCB kart çok uzun süre depolandığında oksidasyona daha yatkın hale gelir, bu da lehimlenebilirliği etkiler.
Altın kaplamalı PCB kart kullanım alanları
1.Tüketici Elektroniği: Cep Telefonlarında ve Bilgisayarlarda Performansın Sağlanması
Cep telefonu ana kartlarındaki konektör pimleri (şarj bağlantı noktaları ve SIM kart yuvaları gibi): Bunlarda, aşınmaya ve paslanmaya karşı dayanıklı olan sert altın elektrokaplama işlemi kullanılır; bu sayede binlerce kez takılıp çıkarılsa bile istikrarlı bir elektrik bağlantısı sağlanır.
Bilgisayar CPU’larındaki BGA lehim bağlantı noktaları: Bunlarda elektrokimyasal nikel-altın kaplama (ENIG, yaygın bir PCB kart yüzey işleme tekniği) kullanılır. Pürüzsüz, oksitlenmeyen yüzey, yonga ile ana kart arasında hassas lehimlemeyi garanti eder ve gecikme veya mavi ekranları önler.
Akıllı saatlerdeki sensör pimleri: İnce bir altın tabakası, terden kaynaklanan korozyona karşı koruma sağlar, cihazın ömrünü uzatır ve zorlu egzersizler sırasında bile çalışır durumda kalmasını garanti eder.
2.Otomotiv Elektroniği: Zorlu Ortamlarda “Stabilizatör”
Yeni enerji araçlarındaki Pil Yönetim Sistemleri (BMS): Altın kaplama, -40°C ile 125°C arasındaki sıcaklıklara dayanır ve tuz püskürtme korozyonuna karşı direnç gösterir, bu da onu motor bölmesinin zorlu koşullarına tamamen uygun hale getirir.
Otonom sürüş için radar pcb: Altının mükemmel iletkenliği sinyal kaybını azaltır, daha hassas radar algılamasını mümkün kılar ve yanlış değerlendirmeleri önler.
Araç içi eğlence sistemleri için bağlantı noktaları: Aşınmaya dayanıklı altın kaplama, sık sık takılıp çıkarılmaya dayanır ve engebeli yolculuklar sırasında bile bağlantıların güvenli kalmasını sağlar.
3.Tıbbi Cihazlar: Yaşam Güvenliği için ‘Görünmez Savunma Hattı’
MRG tarayıcıları için kontrol devre kartı: Altın kaplama, güçlü manyetik alanlar altında bile sinyal istikrarını koruyarak doğru tanı verilerinin elde edilmesini sağlar.
İmplant edilebilir cihazlarda (kalp pilleri gibi) kurşun bağlantı alanları: Yüksek saflıkta yumuşak altın kullanılır; bu, mükemmel biyouyumluluk ve uzun ömürlü iletkenlik sunarak vücudun cihazı reddetmesini önler.
Kan şekeri ölçüm cihazlarındaki test kontakları: Altın kaplama, kandan kaynaklanan korozyonu önleyerek her testte biyoelektrik sinyallerin hızlı iletilmesini sağlar.
4.Üst düzey sektörler: Havacılık ve uzay ile 5G iletişiminin “omurgası”
5G baz istasyonlarındaki yüksek frekanslı devre kartı: Altın kaplama, sinyal zayıflamasını azaltarak milimetre dalga iletimi için bile daha yüksek hızlar ve daha geniş kapsama alanı sağlar.
Uydulardaki iletişim devre kartı: 1–5 mikrometre kalınlığındaki altın kaplama tabakası, uzay radyasyonuna ve aşırı sıcaklık dalgalanmalarına dayanarak sinyallerin Dünya’ya güvenilir bir şekilde iletilmesini sağlar.
Endüstriyel sensörler için terminal blokları: Altın kaplama, toza ve neme karşı direnç gösterir ve fabrika ortamlarında uzun süreli çalışma sırasında bile veri doğruluğunu garanti eder.
Altın kaplamalı PCB kart avantajları:
1.Geliştirilmiş iletkenlik
Altın, mükemmel elektriksel iletkenliğe sahiptir. Altın kaplama, PCB kartındaki devre bağlantı noktalarında iletken bir metal tabaka oluşturarak devrenin iletkenliğini önemli ölçüde artırır. Bu, devre bağlantı noktalarındaki direnci azaltmaya, sinyal kaybını en aza indirmeye ve sinyal iletiminin kararlılığını ve güvenilirliğini artırmaya yardımcı olur.
2.Oksidasyon ve korozyonun önlenmesi
Altın kaplama tabakası, oksidasyona ve korozyona direnç gösteren mükemmel kimyasal kararlılığa sahiptir. Bu, PCB devre kartı nem, tuz püskürtme ve kimyasal gazlar gibi dış ortamdaki zararlı maddelerin aşındırıcı etkilerinden korur ve böylece hizmet ömrünü uzatır.
3.Geliştirilmiş lehimleme performansı
Lehimleme işlemi sırasında metal yüzeylerde oksidasyon tabakaları oluşabilir ve bu da lehimleme kalitesini etkileyebilir. Altın kaplama tabakası, yüzey oksidasyon tabakasının kalınlığını azaltarak lehim bağlantısının güvenilirliğini ve mukavemetini artırır. Ayrıca, altın kaplama tabakası daha iyi lehimleme teması sağlar, lehimleme işlemi sırasında termal gerilimi azaltır ve lehimleme kusurlarının oluşumunu en aza indirir.
4.Estetik Çekiciliğin Artırılması
Altın kaplama, PCB kart yüzeyine metalik bir parlaklık kazandırarak estetik çekiciliğini ve ürün kalitesini artırır ve ürünün pazardaki rekabet gücünü yükseltir.
5.Özel Gereksinimlerin Karşılanması
Bazı üst düzey elektronik ürünlerde, PCB kart iletkenliği, korozyon direnci, lehimlenebilirliği ve görsel kalitesi konusunda daha yüksek talepler bulunmaktadır. Etkili bir yüzey işleme teknolojisi olan altın kaplama, bu özel gereksinimleri karşılayabilmektedir.
6.Lehim Kalitesi Sorunlarının Giderilmesi
Elektronik ürünlerin entegrasyonu arttıkça ve IC pinleri giderek yoğunlaştıkça, geleneksel dikey kalay püskürtme teknolojisi ince pedlerin lehimlenmesindeki zorlukları aşmakta zorlanmaktadır. Altın kaplama teknolojisi, üstün lehimleme performansı ve güvenilirliği sunarak, soğuk lehim bağlantıları gibi lehimleme kusurlarının oluşumunu azaltır.
Mükemmel iletkenlik, korozyon direnci ve lehimleme güvenilirliği sayesinde, altın kaplamalı PCB kart artık tüketici elektroniği, otomotiv, medikal ve havacılık sektörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Elektronik ürünler daha yüksek frekanslara ve daha fazla hassasiyete doğru evrimleşirken, altın kaplama süreçleri de giderek daha katı hale gelen performans gereksinimlerini karşılamak için sürekli olarak gelişmektedir.
