Kimyasal Nikel/Altın Kaplama

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


Günümüz gelişen elektronik teknolojisi, ileri elektronik cihazların boyutlarında küçülme eğilimine girmiş, hatta cep telefonu üreticileri gibi firmalarca rekabet unsuru haline getirilmiştir. Bu eğilimin sonucu olarak da, elektronik cihazların taban malzemesi diyebileceğimiz Baskı Devre Kartları (Printed Circuit Boards-PCB, Printed Wiring Boards-PWB) desen yoğunluğu gün geçtikçe artmış ve deseni oluşturan lehim adacıkları ve deliklerin boyutları da bu eğilime paralel olarak küçülmüştür. Ancak düzgün lehimleme yüzeyi, iyi lehimlenebilirlilik özellikleri gibi temel ihtiyaçlar yalnızca yüksek yoğunluklu Baskı Devre Kartları'nda (High Density Integrated PCBs) değil, bütün Baskı Devre Kartları (BDK) spektrumunda artış göstermiştir. BDK üretim teknolojisi bütün bu isteklere yanıt verebilmek için yeni bir seçenek ortaya koymuştur:
KİMYASAL NİKEL/ALTIN 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