IPC-2221A-2003中文版-印制板设计通用标准 - 第33页
金 的 氧 化 膜 蔓 延 抑 制剂 : • 非铜基体金属 会 抑 制 金 表面的 铜 的 氧 化 膜 蔓 延 —从空隙及裸铜 边缘开 始 产生的 氧 化 膜。 作 为 接 触 表面的 承 重底 层 : • 硬镍底镀 层可 作 为 金 顶 镀 层的 承 重基 础 、 以 防 止 硬金 开 裂 并 减 少 在 贵 金属 的接 触 表面 滑 动 时 磨 损 。 为 了达 到上 述要求 、镍底镀 层 必 须完 好 ( 即 没 有 裂 缝 ) …
力放在某些区域譬如连接器、插座及其它界面
上不同的金属镀层的影响。如果选用了较差的
材料、会导致机械或电气功能的降低。
4.4.1 化学镀铜
在制板钻孔后经一系列化
学药品处理、就可在印制板表面和通孔上沉积
化学铜。这是电镀过程的第一步、通常厚度是
0.6到2.5μm[24μin到98.4μin]。化学铜也完全
能达到所需铜厚、常作为加成法镀层。
4.4.2 半导体涂层
半导体涂层用作直接金
属化电镀铜前的导电底层。该涂层沉积在孔
壁上。涂层需具有足够质量以便于后续的金属
沉积、并且应是非迁移性的。该工艺取决于制
造商、不在布设总图中规定。钯和锡是常用的
材料。在裸露的表面上尤其是钻孔的孔内、沉
积上一薄层。这为化学沉铜提供了一个自动催
化的表面。
4.4.3 电镀铜
电镀铜可以有 几种不同镀
液、包括氟硼酸铜、氰化铜、硫酸铜和焦磷酸
铜。硫酸铜和焦磷酸铜是最常用的电镀液、可
在表面和通孔上得到所需厚度铜层。这种电镀
通常用来生成最后所需厚度铜镀层。
4.4.4 镀⾦
在印制线路板上镀金有多种方
法。可以用电镀、化学镀或浸镀法。电沉积可
达到24k软金、23+k硬金(硬化采用痕量钴、镍
或铁与金共沉积)、或对某些应用可使用较低
开的合金镀层(14k-20k)。镀金有几个用途:
1. 板边连接器上作自润滑和抗变色触点(见表
4-3)。电镀硬金常用作这个目的;
2. 防止下面的镍和化学镍镀层的氧化、增强
可焊性并延长贮存期。电镀、浸镀和化学
镀金常用作这个目的(厚度见表4-3);
3. 提供导线粘合表面。这需要电镀24K软金、
厚度见表4-3;
4. 使用导电胶时在印制线路板上提供导电表
面。推荐最小厚度0.25μm[9.84μin];
5. 在印制板制作中作耐蚀刻层。推荐最小厚
度0.13μm[5.12μin]。
电镀金的类型和级别常常要求按ASTM-B-488标
准选择满足不同用途。当金终涂层用作电气或
导线粘合时、在外镀层金和基体金属之间应使
用一种低应力镍或化学镀镍。
化学镍金镀层应按照IPC-4552执行。
表4-4有助于区分各种不同合金的使用。
4.4.5 镀镍
在触点镀层中镀镍层有两种作
用: 1)作为镀金层的垫层、为镀金层提供超硬
度基底; 2)作为有效的阻挡层(当其厚度超过
2.5μm[98.4μin])以防止铜向金中的扩散。该
扩散过程会导致金的室温合金化、降低触点的
电性能和耐蚀性。
所有电沉积镍应为低应力镍、除了厚度应符合
表4-3规定外、并应符合QQ-N-290的2级标准。
使用镍做底镀层的原因如下:
防扩散阻挡层:
• 防止铜从基体金属(及锌从黄铜)扩散到贵金
属镀层上。
• 防止基体金属与金顶镀层(例如、银和铜)之
间界面扩散、在界面处可能会产生较弱的合
金或界面金属化合物。
整平层:
• 产生比基底金属更平滑的表面以保证金顶镀
层具有较低的孔隙率(例如、粗糙基材上的
整镍平层)。
孔隙腐蚀阻止剂:
• 在潮湿的空气中、如果环境中不含有大量的
酸性污染物(如SO
2
或HCl)的话、在金顶层下
面的镍底镀层会在基底空隙处形成惰性氧化
物。
表4-4 镀⾦层的⽤途
最低纯度 努⽒硬度触点引线结合 锡焊
99.0 130-200 S C* C**
99.0 90max NR S C**
S –适用 NR – N不推荐 C – 有条件使用。
*可以使用、但要依据连线类型而定。预先对连接线进
行测试。
**板或引线上镀金大于0.8μm[31μin]会使焊点变脆。
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金的氧化膜蔓延抑制剂:
• 非铜基体金属会抑制金表面的铜的氧化膜蔓
延—从空隙及裸铜边缘开始产生的氧化膜。
作为接触表面的承重底层:
• 硬镍底镀层可作为金顶镀层的承重基础、以
防止硬金开裂并减少在贵金属的接触表面滑
动时磨损。为了达到上述要求、镍底镀层必
须完好(即没有裂缝)且具有足够的厚度以
获得预期的特殊功能。通常、最低厚度宜为
1.2μm[47.2μin]、最好更厚些。为了达到整
平目的、会需要更厚的厚度。
4.4.6 镀锡/铅
需要时、在减成法生产工艺
中采用电镀锡/铅以提供铜表面的抗蚀刻层和
可焊涂层。在2盎斯铜上足够耐蚀刻的标准厚
度为8.08m、但仅作为制作时的工艺参数、不
作为设计技术要求。电镀铅/锡通常用几种方
法(热油浴、红外辐射、热蒸气或惰性液体浴)
之一进行热熔。热熔后会在印制板表面和通孔
上形成真合金层。除非选择了保持平面性的非
热熔法、否则都必须进行热熔处理。这也可以
提高长期可焊性。
锡/铅电镀不能用埋镀覆孔上、因为它处于印
制板内部并没有延伸至表面上。
锡/铅镀层应符合ASTM-B-579的组成要求。
4.4.6.1 镀锡
镀锡用作减成法生产工艺中提
供铜表面的抗蚀刻层。
4.4.7 焊料涂层
在一个专门 设计的机器
中、将印制板浸入熔融焊料中后并用高压热空
气、油或蒸气吹掉多余焊料、这样就在印制板
表面生成了焊料涂层。
焊料涂层不能用于埋孔或掩孔上、因为它们在
印制板内部并没有延伸到表面上。
除非布设总图上另有规定、否则焊料层焊料应
符合J-STD-006标准。特殊应用可指定焊料层
厚度。评价焊料层性能、不是用仪器测厚、而
是根据J-STD-003标准(
见表4-3)考查印制板通
过可焊性试验的能力。用户有权决定可焊性试
验前是否需要蒸汽老化。
4.4.8 ⽤于板边插头的其它⾦属涂层
除了前
面提到的涂层、还有几种涂层可供设计人员选
择:
• 铑:一种低阻触点涂层、可用于齐平电路、
开关或频繁接插部件。价格昂贵、一般不
用。
• 锡镍合金:一种耐磨涂层。
• 钯镍合金:一种低阻触点涂层。对齐平电路
特别有用。
• 化学镀镍和浸金:一种低阻触点涂层、适用
于低插拔次数的接插部件。
4.4.9 ⾦属箔/膜
4.4.9.1 铜箔
有两大类铜箔可用: 锻轧的
(或压延的)(W)和电解的(ED)。铜箔也有几种
型号。刚性板一般用电解铜箔。挠性板一般用
锻轧铜箔。不论用哪一种、都必须满足IPC-45
62的要求。
表4-5列出了起始铜导体的厚度、分别适用于
不同等级设备(处理后内层铜厚会降低)。铜箔
详细性能见IPC-4562的附录A。
4.4.9.2 铜膜
铜膜应符合表4-5要求。
有必要注意的是、IPC-4562中给出的电镀铜
箔的材料的最低特性、 对于许多印制板设计
和应用来讲、这是不够的。尤其是IPC-4562/1
(CV-E1), IPC-4562/2(CV-E2)和 IPC-4562/3
(CV-E3)。虽然、对照规范表要求、大部分出
售的铜箔产品、会远远高于最低性能值、但仍
然会有部分售出的铜箔产品几乎不能满足规范
要求。因此、对于关键产品、一定要谨慎、必
须获得材料的实际特性。
4.4.9.3 其它箔或膜
用到其它金属箔或膜
(镍、铝等)时、应在布设总图中标明它们的特
性。
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4.4.9.4 ⾦属芯基材
金属芯印制板基材应符
合表4-6要求。
4.4.10 电⼦元件材料
4.4.10.1 埋⼊式电阻
采用埋入式电阻工艺
比标准多层印制板制作昂贵得多。这是由于需
要购买特殊的铜箔材料、进行额外的图形转移
和蚀刻处理及电阻(欧姆)值验证。
采用埋入式电阻技术的印制板主要特点之一就
是节省元件占用板面空间。一些高密度设计中
不允许分立电阻。在这种情况下、埋入式电阻
是可行的、因为电阻相当小并且在埋入后允许
表面安装器件或线路越过。
环形电阻是一种聚合物电阻、可在空环或“反
焊盘”内形成、围绕板面或线路层的导通孔周
围。环形设计允许电阻以最终电阻值受较少因
素影响的网印方式进行。该类型电阻的主要用
途是替代具有±10%或更大容差的上拉或下拉
电阻。该电阻可以比表面电阻器做得更便宜、
并且不占印制板表面任何空间。大电阻容差和
能替代的电阻类型有限是采用埋入式电阻设计
的主要
限制。
4.4.10.2 埋⼊式电容
分布式电容是一项设
计要素、它将电源面(VCC—电压公共载体)和
接地面直接面对并尽可能靠近。两个面间隔
0.1mm或更小、这样一个夹层结构将为印制板
上有源器件提供低电感、高电容量连接。这种
快速切换和低旁路电流在高速数字应用中特别
有用、其中希望除去表面电容器或EMI是考虑
的关键。大多数设计中、双电源/接地夹层结
构被用来替代印制板上现有的电源和接地面。
多数情况下可以从印制板上去掉0.10F或更小
的旁路电容。
4.5 有机防护涂层
4.5.1 阻焊剂 (阻焊膜) 涂层
涂层和标识应
相容、并与印制板及印制板组装件工艺制作中
其它部件和材料兼容、包括使用前所必需的线
路板预加工/清洗。IPC-SM-840中规定这种兼
容性由线路板生产者和装配者来确定。
阻焊剂涂层应满足IPC-SM-840的要求。有要求
时、3级板应使用IPC-SM-840标准中的H级阻焊
材料。规定要达到UL要求时、印制板生产过程
中应使用UL所准许的涂层材料。
阻焊涂层用作电绝缘体时、涂层的绝缘性能应
足以保证电气完整性。与插件导轨接触的线路
板区域内不宜有阻焊涂层。
如使用或设计有要求、则阻焊膜的最小和或最
大厚度、应在布设总图中规定。最小厚度规格
是满足绝缘电阻的要求、并应按照阻焊膜材料
规范进行计算。最大厚度规格是满足元件组装
工艺的要求、例如焊膏工艺。
在熔融金属表面(焊料、锡铅镀层等)阻焊涂层
的附着力不能保证、因为线路板受热使熔融金
属再分布。熔融金属表面要求覆盖阻焊涂层
时、涂层完全遮盖的导线最大宽度推荐值应为
1.3mm[0.0512in]。
熔融金属导线宽度大于1.3mm[0.0512in]时、
导线的设计中金属到层压基板应有一开口。开
口的面积最小宜有6.25mm
2
[0.001in
2
]、位于
表4-5 铜箔/膜的要求
1
铜的类型 1-3级
最薄起始铜箔-外层 1/8 oz/ft
2
(5μm)[197μin]
最薄起始铜箔-内层
2
¼ oz/ft
2
(9μm)[354μin]
起始铜膜(半加成法)5μm[197μin]
最终铜膜(全加成法) 15-20μm[591-787μin]
1
所有的尺寸值都是标称值、由重量换算。
2
1/8 oz/ft
2
(5μm)可用于埋孔板。
表4-6 ⾦属芯基材
材料 规范合⾦
铝 SAE-AMS-
QQ-A-250
按布设总图的规定
钢 QQ-S-635 按布设总图的规定
铜 ASTM B-152
IPC-4562
按布设总图的规定
铜-镍铁合金-铜
铜-钼-铜
IPC-CF-152 按布设总图的规定
其它 用户确定 按布设总图的规定
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