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電子工業(yè)中零件或電路板鍍鎳(Ni)的目的何在?

發(fā)布時(shí)間 :2016-06-06 10:01 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
「鎳」的英文叫【Nickel】,化學(xué)元素符號為【Ni】,「鎳」因?yàn)榫哂袃?yōu)良的物理、機(jī)械及化學(xué)特性,所以在工程及工業(yè)上的應(yīng)用頗多,比如說拿來防腐蝕、增加硬度、耐磨擦及感磁性等應(yīng)用。其主要被用于合金的配方中,如鎳鋼、鎳鉻鋼、鎳銅等來增加其抗腐蝕及抗氧化的能力,因?yàn)槠淇寡趸芰?,所以早期也常被用來制成貨幣?/div>
所謂鎳的抗氧化佳?這里需要特別注解,其實(shí)「鎳」本身對「氧」的活性也是蠻高的,也就是說「鎳」本身也是很容易氧化的,但因?yàn)槠浔旧硭傻难趸铮∟iO、Ni(OH)2)具有優(yōu)秀的細(xì)密性,可以形成一層薄膜來包覆住自己以隔絕與空氣繼續(xù)接觸,所以可以抗氧化,也就是說鎳會自己先氧化生成防護(hù)膜之后才能保護(hù)其本身及底金屬免于繼續(xù)氧化。
因此「鎳」也常被拿來電鍍在其他的金屬表面,用以保護(hù)其底層金屬與空氣接觸而產(chǎn)生氧化的問題,但其鍍層必須要達(dá)到「無針孔缺陷(defect-free)」才能起到一定的保護(hù)作用,早期的鍍鎳制程因?yàn)楣に囘€不是很成熟,經(jīng)常會有細(xì)小的孔洞發(fā)生,以致未能完全密封住其鍍層下的底金屬材質(zhì),導(dǎo)致鍍鎳后還是發(fā)生底金屬氧化的問題,而現(xiàn)今的鍍鎳工藝已經(jīng)日漸成熟,通常會在鍍槽液中添加封孔劑,以解決多孔性的問題。
 
金屬表面鍍鎳除了可以起到防止氧化的效果之外,其鍍層還可以增強(qiáng)下列的機(jī)械特性:
1、強(qiáng)度(tensile strength)
2、延展性 (elongation)
3、硬度(hardness)
4、內(nèi)應(yīng)力(internal)
5、疲勞限度(fatigue life)
6、氫脆性(hydrogen embrittlement)
另外,鎳鍍層也具有良好的抗化學(xué)腐蝕能力,常被應(yīng)用于化學(xué)、石油、食品及飲料工業(yè)上以防止腐蝕、防止產(chǎn)品污染及保持產(chǎn)品純潔等作用。不過要注意,當(dāng)鎳的氧化物保護(hù)膜被氯化物溶液侵入后就會形成針孔狀的腐蝕,一般鎳鍍層在中性或鹼性溶液都不會有太大問題,但遇到大多數(shù)的礦物則會被腐蝕。
 
電子工業(yè)中零件或電路板鍍鎳的目的何在?
在ENIG(化鎳浸金)電路板上面鍍「鎳」,其主要目的是用來防止銅與金之間互相遷移(migration)與擴(kuò)散(diffusion),當(dāng)作【阻障層】與抗腐蝕的保護(hù)層,保護(hù)銅層免于氧化,更可以防止導(dǎo)電性與可焊性裂化,依據(jù)IPC-4552對ENIG的化鎳鍍層之建議,其厚度至少需達(dá)到3µm(micrometer)/118µ"以起到保護(hù)作用。在焊錫或SMT回焊的過程中,鎳層則會與錫膏中的錫結(jié)合而生成Ni3Sn4介面金屬共化物 (IMC, InterMetallic Compound),這個(gè)IMC的強(qiáng)度雖然比不上OSP表面處理所生成的Cu6Sn5,但已經(jīng)足以適合大部分現(xiàn)今產(chǎn)品的使用需求了。
另外,電子零件的接腳為了達(dá)到一定機(jī)械強(qiáng)度,經(jīng)常使用「黃銅」代替「純銅」當(dāng)成底材。但因黃銅含有大量的「鋅」,其對焊錫性會有很大的妨礙,所以不可以在黃銅上面直接鍍錫,必須先行鍍上一層「鎳」來當(dāng)成屏障 (Barrier)層,才能順利完成焊接的任務(wù)。
請注意:不可在黃銅面上面直接鍍錫,因?yàn)辄S銅為銅鋅合金,否則重熔后銅會直接剝離脫落,會有假焊的現(xiàn)象。
那可不可以直接鍍鎳來當(dāng)作焊錫之用?答案基本上是否定的,因?yàn)椤告嚒乖诖髿猸h(huán)境中也非常容易鈍化(Passivation),對焊錫性也會出現(xiàn)極其不利的影響,故一般在鎳層外面還要鍍一層純錫,以提高零件腳的焊錫性。除非零件成品的包裝可以確保隔絕空氣,以及使用者焊接前都可以保證鎳層沒有氧化,否則鎳層一旦氧化后,即使焊接的上,其焊接強(qiáng)度還是會繼續(xù)惡化,終至斷裂。
 
為了防止黃銅中的鋅與錫互相遷移(migration)與擴(kuò)散(diffusion),一般除了會預(yù)鍍一層鎳之外,也有人選擇預(yù)鍍純銅來當(dāng)作阻障層與抗腐蝕的保護(hù)層,然后再鍍錫來加強(qiáng)焊錫能力。
常見有些鍍錫零件擺放一段時(shí)間后發(fā)生氧化的問題,大部分都是因?yàn)闆]有預(yù)鍍銅或預(yù)鍍鎳,或是預(yù)鍍層厚度不足以防止上述問題所造成。
如果鍍錫的目的是為了加強(qiáng)焊錫,一般建議鍍霧錫(matte tin),而不建議鍍亮錫。
依據(jù)IPC4552的要求一般ENIG電路板的化金層厚度建議落在2µ"~5µ"(0.05µm~0.125µm)之間,而化學(xué)鎳層厚度則落在3µm(118µ")~6µm(236µ")。


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