KimyasaL NikeL /ALtın KapLama

[GuLCe]

Baskı Devre Kartlarında Yüzey Kaplama Yöntemleri:
Kimyasal Nikel/Altın Kaplama

Kaplama Yöntemleri

Kimyasal Nikel(Ni)/Altın(Au) kaplama prosesi günümüz teknolojisine en uygun çözümler sunan seçeneklerden birisidir. Bunu anlayabilmek için diğer kaplama yöntemlerini de incelemekte yarar vardır:

Yeniden Ergitme (Reflow) Yöntemi

Bu yöntem BDK deseni üzerine kaplanan kalay(Sn)-kurşun(Pb) yapının yüksek sıcaklıklarda ergitilerek, tam bir alaşım haline getirilmesi olarak özetlenebilir. Bu işlem sonrası desen üzerinde yaklaşık olarak 10-12mm. arası kalınlıkta yüksek lehimlenebilirlilik özelliklerine sahip Sn-Pb tabakası yaratılır. Kartın kozmetik görünümü de aranılan niteliktedir. Ancak bu yöntemle desen üzerinde, özellikle lehim adacıkları üzerinde, istenilen düzgün yapıya ulaşılamamaktadır. Bu nedenle özellikle yüzey monte teknolojisinin uygulandığı BDK üretiminde bu yöntem tercih edilmez.

Selektif Lehim Kaplama (Hot Air Levelling : HAL) Yöntemi

Bu yöntemle BDK lehim maskesi kaplandıktan sonra, açıkta kalan bakır (Cu) alanlar yüksek sıcaklıkta ergimiş lehim potasına daldırılmalarıyla -selektif olarak- yaklaşık
4-8mm. arası kalınlıkta Sn-Pb kaplanır. Ancak bu yöntemle birbirlerine çok yakın konumda bulunan lehim adacıkları arasındaki izolasyonun korunması güçleşmektedir. Ayrıca yeniden ergitme yönteminde olduğu gibi, düzgün lehim adası yüzeyini HAL yöntemi de sağlayamamaktadır.

Yukarıda sözedilen iki yöntemde de BDK yüksek sıcaklıklara (~250°C) maruz kalmaktadır. Yüksek sıcaklıkların BDK üzerindeki en büyük riskleri; resin çekilmesi (resin recession), pad kalkması (lifted lands), taban malzemede boşlukların oluşması (laminate imperfections), delik duvarlarında kaplamanın ayrışması (separation) gibi BDK yapısına verdiği zararlardır. Kimyasal nikel/altın kaplama yöntemi bu riskleri ortadan kaldırmaktadır.

Elektroliz Yoluyla Nikel/Altın Kaplama (Electrolytic Nickel/Gold Plating) Yöntemi

BDK üretim teknolojisinde nikel/altın kaplama iki ayrı yöntemle yapılmaktadır. Bunlar elektroliz ve kimyasal kaplama yöntemleridir. Elektroliz yoluyla yapılan nikel/altın kaplama, yaklaşık olarak 10mm. kalınlıkta nikel üzerine, yine yaklaşık olarak 2mm. kalınlıkta altın kaplanmasıdır. Kimyasal nikel/altın kaplama yöntemine göre çevre şartlarına ve darbelere daha dayanıklı bir yapı sunan elektrolitik nikel/altın kaplama yöntemi, özellikle konnektör uçları gibi hareketli ve mekanik aşınmaya maruz bölgelere uygulanır. Dayanıklı bir yapıya sahip olan elektrolitik nikel/altın kaplama daha yüksek iletkenlik katsayısına sahip olmasına karşın, geniş yüzeylere uygulandığında kırılganlık özelliği de artmaktadır. Elektroliz yoluyla yapılan kaplamanın maliyeti de yüksek olmaktadır.

Organik Kaplama (Organic Protective Coating) Yöntemi

Organik kaplama yöntemi endüstriyel ürünlerde tercih edilen kaplama yöntemlerindendir. Genellikle 0,2mm civarı kalınlıklarla uygulanan organik kaplama yöntemi, kullanım amacına göre farklı kalınlıklarda da uygulanabilmektedir. Perde kaplama (Curtain Coating) veya konveyorize sistemlerle kısa sürelerde uygulanabilmesi en büyük avantajlarıdır. Ancak yüksek sıcaklıklarda lehimleme özelliklerine cevap verememektedir. Yüzey kaplama sonrası lehimleme işlemine kadar izin verdiği raf ömrü ise kaplama yöntemleri içerisinde en kısa olanıdır. Maliyeti en düşük kaplama yöntemlerindendir.

Kimyasal Kalay Kaplama (Immersion Tin) Yöntemi

Günümüz BDK üreticileri tarafından en çok tercih edilen yöntemlerden birisidir. Daldırma yöntemiyle yapılan kaplamayla bakır yüzey üzerine yaklaşık olarak 1,0-1,2mm. arasında kalay kaplanır. Kimyasal kalay kaplamanın en büyük avantajı yüksek yoğunluklu esnek (Flexible) BDK'ya en uygun maliyetle uygulanabilmesidir. Bu yüzden özellikle otomotiv ve elektronik sanayinde çok geniş uygulama alanları bulmaktadır. Ancak tel bağlama (Wire Bonding) teknolojilerine henüz istenilen düzeyde cevap verememektedir



Kimyasal Gümüş Kaplama (Immersion Silver) Yöntemi

Günümüz BDK üreticileri arasında son zamanlarda tercih edilen yöntemlerden bir diğeri ise, kimyasal gümüş kaplama yöntemidir. Bu yöntemle bakır yüzey üzerine yaklaşık olarak 0,07-0,20mm. arasında gümüş kaplanır. Yöntemin en büyük avantajı toplam kaplama süresinin 7-10 dakika arasında olmasıdır. Kaplama sonrası her tür teknolojinin uygulanabileceği yüksek kalitede lehimleme özelliklerine sahip alanlar elde edilir.

Kimyasal Paladyum Kaplama (Immersion Palladium) Yöntemi

Kimyasal paladyum kaplama yöntemiyle bakır yüzey üzerine 0,05-0,12mm. arasında paladyum kaplanır. Bütün özellikleriyle son derece kaliteli yüzey kaplama elde edilir. Maliyeti en yüksek kaplama yöntemlerinden birisidir. Bu nedenle de geniş kullanım alanlarına sahip değildir.

Kimyasal Nikel/Altın Kaplama (Immersion Nickel/Gold) Yöntemi

Kimyasal Nikel/Altın kaplama yöntemi, yüzey monte teknolojisine sahip BDK'da en yaygın olarak kullanılan kaplama yöntemlerinden birisidir. 1980'li yılların başında Japonya'da yaygın olarak kullanılmaya başlanmış, 1980'li yılların sonlarında ise Avrupa'da, özellikle telekomünikasyon alanında kendisine geniş kullanım alanları bulmuştur.
Kimyasal Nikel/Altın kaplama yönteminin ilk bakışta göze çarpan en büyük avantajları;

Son derece düzgün ve planar pad yüzeyleri,

Kimyasal Ni/Au kaplanan BDK raf ömürleri sürelerinin uzun olması,

Lehimlenebilirlilik özelliklerinin çok iyi olması,

Bütün yüzey ve lehimleme teknolojilerine uygun olması,

Son derece düşük ve dar aralıklarla kontrol edilebilen yüzey direnci,

olarak özetlenebilir.

Aktivasyon banyosuna kadar olan banyolarda BDK yüzeyi, kaplama prosesine hazırlanmaktadır. Aktivasyon banyosunda bakır yüzey paladyum iyonlarıyla aktiflenmekte, kimyasal nikel banyosunda ise otokatalitik indirgenme reaksiyonlarıyla 4-8mm. arasında nikel kaplanmaktadır. Bu aşamada oluşan nikel kaplama, maksimum %8-10 arasında fosfor içeren yüksek lehimlenebilirlik özelliklerine sahip bir yapıdır. Kimyasal altın banyosuyla da 0,05-0,12mm. arasında altın kaplama yapılarak nikel kaplama dış etkenlere karşı korunur. Ancak altın kaplama kalınlığı ile lehimlenebilirlik arasında doğrusal bir ilişki yoktur. Yapılan altın kaplama, nikel kaplamayı özellikle korozyondan koruyacak kadar kalın, lehim içerisinde çözünebilecek kadar da ince olmalıdır.

Üretici firmalardan birisi olan Autotech firması kendi yaptığı istatistiklerde, altın kaplama kalınlığının lehimlenebilirliğe etkisini, BDK başına oluşan hatalarla ilişkilendirmiştir. Bu çalışmalar, lehimlenebilirlik ve altın kaplama kalınlığı grafikleriyle birleştirilerek incelendiğinde, en uygun kaplama kalınlığının 0,09mm. olduğu görülmektedir.

Bu yöntemin en büyük avantajı; elde edilen kaplama yüzeyi bütün montaj teknolojilerine uygun yapısıyla, özellikle yeni ve yüksek teknolojiye göre tasarlanmış desen yoğunluğuna sahip BDK'da birbirlerine yakın lehim adacıkları üzerinde istenilen planar yapı oluşturulurken, izolasyonun da sağlanabilmesidir.

Bütün bu özellikleriyle Kimyasal Nikel/Altın Kaplama, ileri teknoloji ürünlerin ihtiyaçlarına cevap verebilecek en uygun seçeneklerden biri olarak yerini korumaya devam etmektedir.