pcb镀金标准
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PCB(印制电路板)上的镀金工艺主要有两种常见类型:化学镍金(ENIG) 和 电镀硬金(Hard Gold)。它们各自遵循不同的国际通用标准(主要是IPC标准)和国家标准(主要是中国电子行业标准SJ)。
以下是主要的中文镀金标准:
一、化学镍金(ENIG - Electroless Nickel Immersion Gold)
-
IPC-4552B (CN): 《印制板化学镀镍/浸镀金 (ENIG) 镀覆规范》
- 这是ENIG工艺最核心、最权威的国际标准。
- 主要内容:
- 镍层厚度: 通常要求 3 - 6 μm(微米)。这是关键,提供主要的可焊性和作为扩散阻挡层。
- 金层厚度: 通常要求 0.05 - 0.15 μm(微米)。主要作用是保护镍层不被氧化,提供良好的接触表面和可焊性(金本身焊接性不如镍,薄金层在焊接时会迅速溶解到焊料中,露出下面的镍进行焊接)。
- 磷含量: 规定镍磷合金中磷的含量范围(通常7-11% wt),这对镀层的耐腐蚀性、硬度和焊接性能至关重要。
- 孔隙率: 规定了允许的最大孔隙数量。
- 腐蚀(黑盘)测试: 规定了评估镍层耐腐蚀性(防止“黑盘”缺陷)的测试方法。
- 外观要求
- 附着力要求
-
SJ 21473-2018: 《印制板化学镀镍 浸金涂层规范》
- 这是中国电子行业针对ENIG工艺的国家标准。
- 主要内容: 与IPC-4552B类似,规定了镍层厚度(≥3μm)、金层厚度(0.05-0.15μm)、磷含量(7-11%)、孔隙率要求、外观、可焊性、耐腐蚀性(黑盘测试)、附着力等要求。是中国国内生产和验收的主要依据。
二、 电镀硬金(Hard Gold / Electrolytic Hard Gold)
-
IPC-4556: 《印制板电镀硬金镀覆规范》
- 这是电镀硬金工艺最核心的国际标准(取代了早期的IPC-2221/6012中的相关内容)。
- 主要内容:
- 金层厚度: 根据应用不同有明确分级(如Class A:0.8μm min, Class B:1.27μm min, Class C:1.75μm min, Class D:2.54μm min)。厚度要求显著高于ENIG的金层。
- 底层(通常是镍)厚度: 通常要求≥2.5μm。提供硬度支撑、扩散阻挡和防止铜迁移。
- 金纯度与钴含量: 规定金纯度(通常≥99.7%或99.9%)和微量的钴含量(通常0.1-0.3% wt),钴的存在是硬金耐磨性的关键。
- 硬度要求: 规定维氏或努氏硬度的最低要求(如≥130 HK25)。
- 耐磨性测试: 规定了评估耐磨性能的测试方法(如插拔次数测试)。
- 孔隙率要求
- 外观要求
- 附着力要求
-
IPC-6012: 《刚性印制板的鉴定及性能规范》
- 这个通用标准包含了不同类型PCB(包括有镀金要求的)的性能和验收要求。其中会引用到IPC-4556对于硬金镀层的要求,也可能包含一些基本的镀金层要求(如无损区域的最小厚度)。它为整体PCB的性能设定了框架。
-
SJ/T 10668-1995: 《印制板镀涂覆层厚度测试方法 β射线背散射法》
- 虽然不是直接的镀层规范,但这个中国标准规定了测量镀金层(以及铜、镍、锡铅等)厚度的一种重要测试方法,是验收镀层厚度是否符合IPC-4556或SJ标准的关键依据之一。
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ASTM B488: 《工程用途电沉积金镀层标准规范》
- 这是材料层面的国际标准,详细规定了电镀金层的分类(按纯度、硬度、厚度等级)、化学成分要求、物理性能要求(如硬度、延展性)、测试方法等。它为硬金镀层提供了基础材料规范,IPC-4556通常会引用或符合其相关要求。
三、 测试方法标准
- IPC TM-650: 《测试方法手册》
- 该手册包含了测试PCB各种性能(包括镀金层)的详细方法。例如:
- 2.3.24: 镀层厚度测试(X射线荧光法 - XRF,最常用)。
- 2.3.25: 镀层厚度测试(β射线背散射法)。
- 2.3.26: 金镀层孔隙率测试(硝酸蒸汽法)。
- 2.3.27: 镀镍层孔隙率测试(铁氰化钾法)。
- 2.3.28: 镀层附着力测试(胶带法)。
- 2.6.25: ENIG黑盘测试(热应力后金相切片评估)。
- 2.6.26: 硬金耐磨性测试(插拔测试)。
- 这些方法是验证镀金层是否符合IPC-4552B或IPC-4556等规范的主要手段。
- 该手册包含了测试PCB各种性能(包括镀金层)的详细方法。例如:
总结与选择
- ENIG (化学镍金): 首选标准是 IPC-4552B 或中国的 SJ 21473-2018。关注重点是镍层厚度(3-6μm)和金层厚度(0.05-0.15μm)以及磷含量和耐腐蚀性(黑盘风险)。
- 硬金 (电镀硬金): 首选标准是 IPC-4556。关注重点是金层厚度(通常≥0.8μm,具体看应用等级)、底层镍厚度(≥2.5μm)、金纯度和钴含量(影响硬度)以及耐磨性。
- 通用参考: IPC-6012 定义了PCB整体的可靠性要求,包含了对镀金区域的基本要求。
- 测试依据: 无论哪种镀金,验证是否符合规范都需要依据 IPC TM-650 中的相关测试方法(尤其是厚度、孔隙率、附着力、耐磨性、黑盘测试)。
- 材料基础: ASTM B488 是硬金镀层的材料基础规范。
关键点:
- 厚度是核心指标之一。 ENIG的金层很薄(主要功能是保护镍),硬金的金层很厚(主要功能是耐磨)。
- 底层(镍)对两种工艺都至关重要。 它提供支撑、扩散阻挡和防止铜迁移。
- 应用决定工艺和标准: 焊接区域、按键接触点通常用ENIG;需要频繁插拔的金手指、连接器接触点必须用电镀硬金。
- 合同要求: 在PCB订单中,必须明确指定镀金类型(ENIG还是硬金)以及所遵循的标准(如IPC-4552B Class 3, IPC-4556 Class B)和关键参数(如金层最小厚度)。
在实际应用中,工程师和制造商会根据产品的具体需求(成本、可靠性要求、应用场景)选择适当的镀金工艺,并在设计文件和采购合同中明确引用相应的标准及其等级要求,以保证镀金层的质量和可靠性。
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陈文博
2021-04-03 08:47:38
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