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电子工业中零件或电路板镀镍(Ni)的目的何在?

发布时间 :2016-06-06 10:01 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCB制板部
「镍」的英文叫【Nickel】,化学元素符号为【Ni】,「镍」因为具有优良的物理、机械及化学特性,所以在工程及工业上的应用颇多,比如说拿来防腐蚀、增加硬度、耐磨擦及感磁性等应用。其主要被用于合金的配方中,如镍钢、镍铬钢、镍铜等来增加其抗腐蚀及抗氧化的能力,因为其抗氧化能力佳,所以早期也常被用来制成货币。
所谓镍的抗氧化佳?这里需要特别注解,其实「镍」本身对「氧」的活性也是蛮高的,也就是说「镍」本身也是很容易氧化的,但因为其本身所生成的氧化物(NiO、Ni(OH)2)具有优秀的细密性,可以形成一层薄膜来包覆住自己以隔绝与空气继续接触,所以可以抗氧化,也就是说镍会自己先氧化生成防护膜之后才能保护其本身及底金属免于继续氧化。
因此「镍」也常被拿来电镀在其他的金属表面,用以保护其底层金属与空气接触而产生氧化的问题,但其镀层必须要达到「无针孔缺陷(defect-free)」才能起到一定的保护作用,早期的镀镍制程因为工艺还不是很成熟,经常会有细小的孔洞发生,以致未能完全密封住其镀层下的底金属材质,导致镀镍后还是发生底金属氧化的问题,而现今的镀镍工艺已经日渐成熟,通常会在镀槽液中添加封孔剂,以解决多孔性的问题。
 
金属表面镀镍除了可以起到防止氧化的效果之外,其镀层还可以增强下列的机械特性:
1、强度(tensile strength)
2、延展性 (elongation)
3、硬度(hardness)
4、内应力(internal)
5、疲劳限度(fatigue life)
6、氢脆性(hydrogen embrittlement)
另外,镍镀层也具有良好的抗化学腐蚀能力,常被应用于化学、石油、食品及饮料工业上以防止腐蚀、防止产品污染及保持产品纯洁等作用。不过要注意,当镍的氧化物保护膜被氯化物溶液侵入后就会形成针孔状的腐蚀,一般镍镀层在中性或硷性溶液都不会有太大问题,但遇到大多数的矿物则会被腐蚀。
 
电子工业中零件或电路板镀镍的目的何在?
在ENIG(化镍浸金)电路板上面镀「镍」,其主要目的是用来防止铜与金之间互相迁移(migration)与扩散(diffusion),当作【阻障层】与抗腐蚀的保护层,保护铜层免于氧化,更可以防止导电性与可焊性裂化,依据IPC-4552对ENIG的化镍镀层之建议,其厚度至少需达到3µm(micrometer)/118µ"以起到保护作用。在焊锡或SMT回焊的过程中,镍层则会与锡膏中的锡结合而生成Ni3Sn4介面金属共化物 (IMC, InterMetallic Compound),这个IMC的强度虽然比不上OSP表面处理所生成的Cu6Sn5,但已经足以适合大部分现今产品的使用需求了。
另外,电子零件的接脚为了达到一定机械强度,经常使用「黄铜」代替「纯铜」当成底材。但因黄铜含有大量的「锌」,其对焊锡性会有很大的妨碍,所以不可以在黄铜上面直接镀锡,必须先行镀上一层「镍」来当成屏障 (Barrier)层,才能顺利完成焊接的任务。
请注意:不可在黄铜面上面直接镀锡,因为黄铜为铜锌合金,否则重熔后铜会直接剥离脱落,会有假焊的现象。
那可不可以直接镀镍来当作焊锡之用?答案基本上是否定的,因为「镍」在大气环境中也非常容易钝化(Passivation),对焊锡性也会出现极其不利的影响,故一般在镍层外面还要镀一层纯锡,以提高零件脚的焊锡性。除非零件成品的包装可以确保隔绝空气,以及使用者焊接前都可以保证镍层没有氧化,否则镍层一旦氧化后,即使焊接的上,其焊接强度还是会继续恶化,终至断裂。
 
为了防止黄铜中的锌与锡互相迁移(migration)与扩散(diffusion),一般除了会预镀一层镍之外,也有人选择预镀纯铜来当作阻障层与抗腐蚀的保护层,然后再镀锡来加强焊锡能力。
常见有些镀锡零件摆放一段时间后发生氧化的问题,大部分都是因为没有预镀铜或预镀镍,或是预镀层厚度不足以防止上述问题所造成。
如果镀锡的目的是为了加强焊锡,一般建议镀雾锡(matte tin),而不建议镀亮锡。
依据IPC4552的要求一般ENIG电路板的化金层厚度建议落在2µ"~5µ"(0.05µm~0.125µm)之间,而化学镍层厚度则落在3µm(118µ")~6µm(236µ")。


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