Замена химического никеля электролитическим под пайку

Вопрос.

Прошу Вашей консультации по следующему вопросу.

Для деталей электроизделия (генератор) в тропическом исполнении конструкторами заложена замена покрытия О6 на деталях из латуни ЛС59-1 на хим.Н6 и хим.Н9. У нас возникает сложность при реализации требования КД из-за отсутствия процесса химического никелирования. Можно ли заменить хим. никель для тропиков на двухслойное покрытие блестящим электролитическим никелем? Детали после нанесения покрытия будут паяться припоем ПОС-40 со спирто-канифольным флюсом. Как сказывается на пайке замена олова на никель или хим. никель?

Лаборатория химического анализа, МТЗ Трансмаш

Ответ.

Обычно, выбор вида и толщины покрытия производит конструктор.

На мой взгляд, ваши конструкторы правильно заменили оловянное покрытие на химический никель, так как нелегированные оловянные покрытия чрезвычайно нестабильны и даже при кратковременном хранении (несколько недель) склонны к перекристаллизации из компактной (β) модификации в серую (α) модификацию, которая рассыпается в порошок с образованием рассыпчатого олова и полностью теряет способность к пайке. Такое явление характерно для олова и называется оловянной чумой. Перекристаллизация происходит при любой температуре, но наиболее быстро процесс идёт при -10°С.

С точки зрения защитной способности – замена хим.Н6 и хим.Н9 на гальванический биникель (Н_д15) допустима, но при условии, что конфигурация детали не является сложной. Если деталь имеет сложную конфигурацию, например, разъём типа “Faston”, то гальваническим способом внутреннюю поверхность такой детали не прокрыть.

Способность к пайке у блестящих никелевых покрытий несколько ниже, чем у никелевых покрытий, полученных химическим способом и существенно ниже, чем у оловянных покрытий.

Необходимо отметить, что немаловажную роль имеет ещё и способ пайки.

Для выбора покрытий под пайку и определения их характеристик существует целый ряд стандартов, наиболее распространенным из которых являются зарубежный стандарт, разработанные ассоциацией IPC и дающий рекомендации по применению покрытий под пайку при производстве печатных плат.

Данный стандарт называется J-STD-003 «Solderability Tests for Printed Boards» определяет методы тестирования паяемости компонентов.

Среди наиболее распространенных покрытий под пайку можно назвать следующие:

гальваническое оловянное покрытие. Применяется редко, так как склонно к перекристаллизации и потере паяемости;
гальваническое оловянно-свинцовое покрытие (гальванический ПОС). Применяется достаточно часто, но токсичность свинца накладывает определённые ограничения;
Ni (Electroless Ni) – химический никель. Химический никель в виде окончательного покрытия под пайку применяется довольно широко, но для ответственных изделий – не очень часто. В тех случаях, когда к качеству пайки предъявляются высокие требования, никель выполняет функцию барьерного промежуточного подслоя для осаждения других, более легко паяющихся металлов, (иммерсионного золота, химического палладия, иммерсионного серебра и других материалов);
ENIG (electroless nickel/immersion gold, также часто обозначается ImAu) – химический никель/иммерсионное золото;
NiSn (Electroplate Ni/Sn) – гальваническое осаждение никеля и олова;
SnAg (Electroplate Sn/Ag) – гальваническое осаждение олова и серебра;

Наибольший интерес в настоящее время представляет покрытие – химический никель/иммерсионное золото (ENIG). Покрытие из химического никеля/иммерсионного золота (ENIG) представляет собой тонкую (~ 0,05 – 0,2 мкм) золотую пленку, наносимую поверх подслоя никеля.

Золото защищает никель от пассивации, хорошо растворяется в припое, не подвержено быстрому потускнению и окислению, поэтому представляется прекрасным выбором в качестве покрытия под пайку.

Ровный, мелкокристаллический и малопористый слой золота обеспечивает хорошую паяемость и защищает никель от окисления, а никель, в свою очередь, выполняет функцию барьера между медью и золотом, предотвращая их взаимную диффузию и последующее окисление меди, ведущее к образованию несмачиваемой припоем поверхности.

Качество сцепления иммерсионного золота с поверхностью никеля не имеет большого значения, так как при последующей пайке золото полностью растворяется в припое и припой отлично смачивает сохранённую под слоем золота активную поверхность никеля.

Рекомендуется применять покрытие ENIG при последующем использовании паст с органическими флюсами или флюсами, не требующими отмывки.

Нанесение золота на никелевую поверхность проводится контактным методом.

Необходимо иметь в виду, что любой физический контакт с покрытием, нанесенным химическим или электрохимическим способом, скорее всего, ухудшит паяемость.

Всё это говорит о том, что время от окончания иммерсионного золочения до начала пайки должно быть минимальным.

Если для вашего предприятия внедрение современных надёжных технологий экономически затруднительно, то решить вопрос о возможности замены химического никеля на гальванический можно после испытаний биникелевого покрытия на паяемость и защитную способность. Можно полагать, что результаты будут в значительной степени зависеть от времени между операциями никелирования и пайки, а также от количества блескообразующих добавок в верхнем слое биникелевого покрытия. Испытания можно провести в лабораторных условиях, а лучше в конкретных условиях эксплуатации (натурные испытания).

Мамаев В.И.

13.04.2016