2025-07-28
पीसीबी विनिर्माण की दुनिया में, सतह परिष्करण तांबे के पैड की रक्षा करने, विश्वसनीय मिलाप सुनिश्चित करने और बोर्ड के जीवनकाल को बढ़ाने वाले अज्ञात नायक हैं।सबसे भरोसेमंद फिनिश में इलेक्ट्रोलेस निकेल इमर्शन गोल्ड (ENIG) शामिल है, अपने स्थायित्व, वेल्डेबिलिटी और उच्च घनत्व डिजाइन के साथ संगतता के लिए मूल्यवान है। लेकिन क्या ENIG इतना प्रभावी बनाता है? जवाब इसकी दो परत संरचना में निहित हैः विसर्जन निकल का एक आधार,विसर्जन सोने की एक पतली परत के साथ शीर्ष परजबकि सोने को इसकी संक्षारण प्रतिरोधक क्षमता के लिए अधिक ध्यान दिया जाता है, निकल परत इसके बिना असफल होती है।यहाँ क्यों विसर्जन निकल विसर्जन सोने से पहले गैर-विनिमय योग्य है, और यह कैसे सुनिश्चित करता है कि पीसीबी महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में प्रदर्शन करते हैं।
विसर्जन निकेल की भूमिका: सिर्फ मध्य परत से अधिक
विसर्जन निकेल पीसीबी के तांबे के पैड और बाहरी सोने की परत के बीच बैठता है, तीन अपरिवर्तनीय कार्यों को पूरा करता है जो एनआईजी को उच्च विश्वसनीयता वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए स्वर्ण मानक बनाते हैं।
1बाधा संरक्षण: तांबे के प्रसार को रोकना
तांबा एक उत्कृष्ट चालक है, लेकिन यह रासायनिक रूप से प्रतिक्रियाशील है, खासकर जब सोने के संपर्क में आता है। बिना किसी बाधा के, तांबे के परमाणु समय के साथ सोने की परत में पलायन करते हैं, एक प्रक्रिया जिसे प्रसार कहा जाता है।यह मिश्रण सोने की अखंडता को भ्रष्ट करता है, यह भंगुर और ऑक्सीकरण के लिए प्रवण बना रही है। परिणाम? कमजोर मिलाप जोड़ों, संकेत की गिरावट, और समय से पहले विफलता.
विसर्जन निकेल एक रासायनिक फ़ायरवॉल के रूप में कार्य करता है। इसकी क्रिस्टलीय संरचना काफी घनी होती है ताकि तांबे के आयनों को उच्च तापमान वाले वातावरण में भी सोने तक पहुंचने से रोका जा सके (उदाहरण के लिए, रिफ्लो सोल्डरिंग के दौरान) ।परीक्षणों से पता चलता है कि 3 ¢ 5μm निकेल परत सीधे तांबे पर चढ़े सोने की तुलना में 99% से अधिक तांबे के प्रसार को कम करती है.
| परिदृश्य | तांबा प्रसार दर (6 महीने से अधिक) | पीसीबी प्रदर्शन पर प्रभाव |
|---|---|---|
| तांबे पर सीधे सोना | 5 ̊10 μm/माह | ऑक्सीकरण, भंगुर मिलाप जोड़, संकेत हानि |
| 3μm निकेल से अधिक सोना | <0.1 μm/माह | कोई ऑक्सीकरण नहीं, स्थिर मिलाप जोड़ |
2सुदृढ़ जोड़ों की नींव
पीसीबी के लिए, वेल्डेबिलिटी सिर्फ चिपकने के बारे में नहीं है, बल्कि मजबूत, सुसंगत बंधन बनाने के बारे में है जो तापमान चक्र, कंपन और समय का सामना करते हैं। विसर्जन निकल इसे संभव बनाता है।
a.फ्लैट, समान सतह: नंगे तांबे (जो जल्दी ऑक्सीकरण करता है) या मोटे खत्म (जैसे एचएएसएल) के विपरीत, निकल पट्टा के लिए एक चिकनी, समान आधार बनाता है। यह पट्टा को समान रूप से पैड पर फैलता है।दोषों को कम करना जैसे कि लड्डर बॉल्स या ठंडे जोड़ों.
b.नियंत्रित इंटरमेटलिक गठनः सोल्डरिंग के दौरान, निकेल सोल्डर में टिन के साथ प्रतिक्रिया करता है Ni3Sn4 बनाने के लिए, एक मजबूत इंटरमेटलिक यौगिक जो संयुक्त को जगह में लॉक करता है।तांबा टिन के साथ प्रतिक्रिया करता है Cu6Sn5 बनाने के लिए, जो तनाव के अधीन टूटने की प्रवण है।
आईपीसी के एक अध्ययन में पाया गया है कि एनआईजी सोल्डर जोड़ों (निकेल के साथ) को निकेल के बिना सोने से चढ़ाए गए तांबे का उपयोग करने वाले जोड़ों की तुलना में 3 गुना अधिक थर्मल चक्र (-55 °C से 125 °C) का सामना करना पड़ता है।
3यांत्रिक शक्ति: विघटन और पहनने से रोकता है
पीसीबी को ऑटोमोटिव या एयरोस्पेस वातावरण में कंपन के लिए कनेक्टरों के सम्मिलन / हटाने से निरंतर यांत्रिक तनाव का सामना करना पड़ता है।
a.एडेसिवः निकेल तांबे और सोने दोनों के लिए कसकर बंधता है, जिससे विघटन (पीलिंग) को रोका जा सकता है जो अंतर्निहित तांबे को संक्षारण के संपर्क में लाता है।
b. पहनने के प्रतिरोधः जबकि सोना नरम होता है, निकल की कठोरता (200 ¢ 300 एचवी) हैंडलिंग या असेंबली के दौरान खरोंच से खत्म की रक्षा करती है, औद्योगिक सेंसर जैसे मजबूत उपकरणों में पीसीबी के लिए आवश्यक है।
एनआईजी प्रक्रियाः कैसे निकल और सोना एक साथ काम करते हैं
एनआईजी केवल निकल और फिर सोने को चढ़ाना नहीं है, यह एक सटीक रासायनिक प्रक्रिया है जो प्रत्येक परत के अद्वितीय गुणों पर निर्भर करती है। यह कैसे काम करता है:
चरण 1: विसर्जन निकेल जमाव
पीसीबी के तांबे के पैड को पहले ऑक्साइड को हटाने के लिए साफ किया जाता है, फिर निकेल-फॉस्फोरस स्नान में डुबोया जाता है। इलेक्ट्रोप्लाटिंग (जो बिजली का उपयोग करता है) के विपरीत, विसर्जन निकेल रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बनता हैःस्नान में निकेल आयनों को कम किया जाता है और तांबे की सतह पर जमा कर रहे हैं, जबकि तांबा ऑक्सीकरण और समाधान में भंग हो जाता है।
a. मोटाई मायने रखती है: निकल परतों को 3 से 7μm के बीच सख्ती से नियंत्रित किया जाता है। बहुत पतला (<3μm) और यह एक बाधा के रूप में विफल हो जाता है; बहुत मोटा (> 7μm) और यह भंगुर हो जाता है, झुकने के दौरान दरारों का खतरा होता है।
फोस्फोरस सामग्रीः अधिकांश एनआईजी निकेल में 7 से 11 प्रतिशत फॉस्फोरस होता है, जो संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाता है और परत में तनाव को कम करता है।
चरण 2: गोल्ड डिपॉजिशन
एक बार निकेल परत को मजबूत करने के बाद, पीसीबी को सोने के स्नान में डुबो दिया जाता है। सोने के आयन सतह पर निकेल परमाणुओं की जगह लेते हैं (एक प्रक्रिया जिसे विस्थापन चढ़ाना कहा जाता है), एक पतली परत (0.05 ′′) का गठन करते हैं।2μm) जो निकल को सील करता है.
सोने की भूमिका निकेल को मिलाप से पहले ऑक्सीकरण से बचाना है।यह संयोजन के दौरान मिलाप में भंग करने के लिए पर्याप्त पतला है (इंटरमेटलिक गठन के लिए निकल को उजागर करता है) लेकिन भंडारण के दौरान धुंधलापन का विरोध करने के लिए पर्याप्त मोटाई (12+ महीने तक).
इस दो-चरण की प्रक्रिया को क्यों नहीं छोड़ सकते?
अकेले सोना निकेल परत की जगह नहीं ले सकता। सोना तांबे के प्रसार को रोकने के लिए बहुत नरम है, और यह सोल्डर के साथ मजबूत इंटरमेटलिक्स का गठन नहीं करता है। इससे भी बदतर, यह सोने के लिए बहुत उपयोगी है।तांबे पर सीधे चढ़ाया गया सोना एक गैल्वानिक युग्म बनाता है (एक बैटरी जैसा प्रभाव) जो संक्षारण को तेज करता हैएनआईजी का जादू तालमेल में निहित हैः निकल फैलाव को रोकता है और मजबूत मिलाप की अनुमति देता है, जबकि सोना निकल को ऑक्सीकरण से बचाता है।
निकेल को छोड़ने पर क्या होता है?
कुछ निर्माता निकेल को छोड़ने या निम्न स्तर की परतों का उपयोग करके लागत कम करने का प्रयास करते हैं।लेकिन इसके परिणाम गंभीर हैं, विशेष रूप से चिकित्सा उपकरणों या एयरोस्पेस सिस्टम जैसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में पीसीबी के लिए।.
1ब्लैक पैड की विफलता: सबसे आम आपदा
ब्लैक पैड एक भयानक दोष है जहां निकल परत से समझौता किया जाता है, सोने और तांबे के बीच एक अंधेरे, छिद्रित अवशेष छोड़ देता है। यह तब होता है जब निकल बहुत पतला होता है, खराब रूप से लेपित होता है,या प्रदूषकों के संपर्क मेंएक अखंड निकेल बाधा के बिना, सोने और तांबे का अंतरफलक टूट जाता है, जिससे जोड़ों को टालना असंभव हो जाता है।
आईपीसी के एक अध्ययन में पाया गया कि एयरोस्पेस पीसीबी में 80% एनआईजी विफलताएं अपर्याप्त निकेल परतों के कारण होती हैं, जिससे निर्माताओं को प्रति बैच औसतन 50,000 डॉलर की लागत होती है।
2क्षरण और ऑक्सीकरण
निकेल तांबे की तुलना में संक्षारण के प्रति बहुत अधिक प्रतिरोधी है। इसके बिना, तांबे के पैड तेजी से ऑक्सीकृत होते हैं, यहां तक कि नियंत्रित भंडारण में भी। ऑक्सीकृत तांबा मिलाप को दूर करता है,जिससे ′′सूखे जोड़ ′′ विद्युत भार के तहत विफल हो जाते हैंउदाहरण के लिए, एक दूरसंचार कंपनी ने 5जी बेस स्टेशनों में सोने से ढंके पीसीबी का उपयोग करते हुए ऑक्सीकरण के कारण 6 महीने के भीतर 30% विफलता दर की सूचना दी, जबकि एनआईजी के साथ यह 0.5% थी।
3. खराब सोल्डर संयुक्त विश्वसनीयता
जब निकेल नहीं होता है, तो सोल्डर सोने से ढकी हुई तांबे पर कमजोरी से चिपके रहता है, जिससे जोड़ टूट जाते हैं या तो थर्मल या मैकेनिकल तनाव से।ऑटोमोबाइल पीसीबी में (कंपन और तापमान में उतार-चढ़ाव के अधीन), इससे ADAS (एडवांस्ड ड्राइवर असिस्टेंस सिस्टम) जैसी महत्वपूर्ण प्रणालियों में समय-समय पर खराबी आती है, एक जोखिम जो कोई निर्माता बर्दाश्त नहीं कर सकता।
एनआईजी बनाम अन्य फिनिशः क्यों निकेल अंतर बनाता है
एनआईजी एकमात्र पीसीबी फिनिश नहीं है, लेकिन इसकी निकेल परत इसे ऐसे फायदे देती है जो विकल्पों से मेल नहीं खा सकते।
| समाप्ति प्रकार | निकेल परत? | मिलाप की क्षमता | जंग प्रतिरोध | शेल्फ लाइफ | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|---|---|
| एनआईजी | हाँ (3 ¢ 7 μm) | उत्कृष्ट | उत्कृष्ट (12+ महीने) | 12 महीने से अधिक | चिकित्सा उपकरण, एयरोस्पेस, 5जी मॉड्यूल |
| एचएएसएल (हॉट एयर सोल्डर लेवलिंग) | नहीं | अच्छा | गरीब (6-9 महीने) | 6~9 महीने | कम लागत वाली उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स |
| ओएसपी (ऑर्गेनिक सोल्डरेबिलिटी कंजर्वेटिव) | नहीं | अच्छा | गरीब (3-6 महीने) | ३६ महीने | कम जीवन के उपकरण (जैसे, एक बार में इस्तेमाल होने वाले सेंसर) |
| विसर्जन चांदी | नहीं | अच्छा | मध्यम (6-9 महीने) | 6~9 महीने | मध्य श्रेणी के औद्योगिक पीसीबी |
एनआईजी की निकेल परत का कारण यह है कि यह कठोर वातावरण में दूसरों से बेहतर प्रदर्शन करती है। उदाहरण के लिए समुद्री अनुप्रयोगों में (उच्च आर्द्रता, नमक के संपर्क में),एनआईजी पीसीबी एचएएसएल या ओएसपी फिनिश वाले पीसीबी की तुलना में 5 गुना अधिक समय तक रहता है.
एनआईजी में डुबकी निकेल के लिए सर्वोत्तम अभ्यास
निकेल के लाभों को अधिकतम करने के लिए, निर्माताओं को मोटाई, शुद्धता और प्रक्रिया नियंत्रण के लिए सख्त मानकों का पालन करना चाहिए।
1. मोटाई नियंत्रणः 3 ¢ 7 μm गैर-वार्तालाप योग्य है
जैसा कि उल्लेख किया गया है, 3μm से पतली निकेल परतें बाधाओं के रूप में विफल हो जाती हैं, जबकि 7μm से मोटी परतें भंगुर हो जाती हैं।IPC-4552 (इलेक्ट्रोलेस निकेल के लिए वैश्विक मानक) स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए ± 1μm की सहिष्णुता का आदेश देता हैअग्रणी निर्माता पैड की 100% मोटाई को सत्यापित करने के लिए एक्स-रे फ्लोरोसेंस (एक्सआरएफ) का उपयोग करते हैं।
2. फास्फोरस सामग्रीः 7 ∙ 11 प्रतिशत अधिकतम प्रदर्शन के लिए
निकेल-फॉस्फोरस मिश्र धातुओं में 7~11% फॉस्फोरस कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध को संतुलित करता है। कम फॉस्फोरस (<7%) निकेल को बहुत नरम बनाता है; उच्च स्तर (>11%) भंगुरता को बढ़ाते हैं।
3प्रक्रिया की निगरानी: ब्लैक पैड से बचें
ब्लैक पैड तब होता है जब निकेल बाथ को खराब रखरखाव किया जाता है (उदाहरण के लिए, गलत पीएच, दूषित रसायन) । निर्माताओं कोः
a. प्रतिदिन स्नान के रसायन का परीक्षण करें (pH 4.5~5.5 आदर्श है) ।
कणों के दूषित पदार्थों को हटाने के लिए स्नान को फ़िल्टर करें।
c.एक समान जमाव सुनिश्चित करने के लिए स्वचालित प्लेटिंग उपकरण का उपयोग करें।
वास्तविक दुनिया में प्रभावः महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में एनआईजी
एनआईजी की विश्वसनीयता ऎसे क्षेत्रों में अपरिहार्य है जहां विफलता एक विकल्प नहीं हैः
a.चिकित्सा उपकरणः पेसमेकर और डिफिब्रिलेटर ENIG का उपयोग करते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सोल्डर जोड़ 10 से अधिक वर्षों तक शरीर के तरल पदार्थों और तापमान में उतार-चढ़ाव का सामना करते हैं।
b.एयरोस्पेस: उपग्रह पीसीबी विकिरण और अत्यधिक तापमान उतार-चढ़ाव (-200°C से 150°C) के बिना जंग का सामना करने के लिए एनआईजी पर निर्भर करते हैं।
c.5G बुनियादी ढांचाः ENIG की सपाट सतह बेस स्टेशनों में ठीक पिच बीजीए (0.4 मिमी पिच) का समर्थन करती है, जिससे स्थिर उच्च आवृत्ति सिग्नल (28+ GHz) सुनिश्चित होते हैं।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न: यदि विसर्जन निकेल बहुत पतला (<3μm) हो तो क्या होता है?
उत्तर: पतला निकेल तांबे के प्रसार को रोकने में विफल रहता है, जिससे ऑक्सीकरण, भंगुर सोना और कमजोर मिलाप जोड़ होते हैं। यह ′′black pad′′ दोषों के जोखिम को बढ़ाता है।
प्रश्न: क्या एनआईजी में निकेल की जगह अन्य धातुएं ले सकती हैं?
उत्तर: नहीं। पैलेडियम जैसे विकल्प महंगे होते हैं और वे सोल्डर के साथ समान मजबूत इंटरमेटलिक नहीं बनाते हैं। निकेल एकमात्र सामग्री है जो बाधा सुरक्षा, सोल्डरेबिलिटी और लागत को संतुलित करती है।
प्रश्न: एनआईजी में विसर्जन निकेल कब तक रहता है?
उत्तरः उचित आवरण के साथ (37μm मोटाई, 711% फास्फोरस), पीसीबी के जीवनकाल के लिए निकेल प्रभावी रहता है, अक्सर नियंत्रित वातावरण में 10+ वर्ष।
प्रश्न: एनआईजी अन्य परिष्करणों की तुलना में अधिक महंगा क्यों है?
एः एनआईजी की लागत उच्च शुद्धता वाले निकेल और सोने सहित अपनी दो-परत प्रक्रिया की सटीकता और सख्त गुणवत्ता नियंत्रण को दर्शाती है।विशेष रूप से उच्च मूल्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए.
निष्कर्ष
विसर्जन निकेल ENIG में एक बाद का विचार नहीं है। यह नींव है। तांबे के प्रसार के खिलाफ एक बाधा के रूप में इसकी भूमिका, मजबूत सोल्डर जोड़ों को सक्षम करने वाला,और मैकेनिकल तनाव के खिलाफ एक रक्षक इसे अपरिवर्तनीय बनाता हैनिकेल को छोड़ना या इसकी मोटाई पर कोनों को काटना न केवल परिष्करण को खतरे में डालता है बल्कि विशेष रूप से महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में पूरे पीसीबी के प्रदर्शन को जोखिम में डालता है।
इंजीनियरों और निर्माताओं के लिए, संदेश स्पष्ट हैः ENIG निर्दिष्ट करते समय, निकल परत को प्राथमिकता दें। इसकी गुणवत्ता निर्धारित करती है कि पीसीबी पनपता है या विफल होता है।
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