沉金厚度对板子性能有影响吗?如何把控?
沉金厚度对 PCB 板的多个性能方面都有重要影响,具体如下:
1. 焊接性能
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厚度过薄:金层过薄时,在焊接过程中,金层可能会在焊料的高温作用下快速溶解,导致焊料与 PCB 板之间的结合力不足,容易出现虚焊、假焊等焊接缺陷,降低焊接的可靠性,影响电子产品的质量和稳定性。
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厚度适中:当沉金厚度在合适范围内时,能为焊接提供良好的可焊性表面,确保焊料与金层之间形成牢固的金属间化合物,从而实现可靠的焊接连接,提高焊接点的强度和稳定性,减少焊接不良的概率。
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厚度过厚:一般来说不会对焊接性能产生负面影响,但会增加生产成本,造成不必要的浪费。
2. 电气性能
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厚度过薄:由于金的电阻率低,过薄的金层会使 PCB 板上的线路电阻相对增大,在信号传输过程中,尤其是高频信号,可能会导致信号衰减增加、失真度变大,影响信号传输的完整性和准确性。
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厚度适中:可以有效降低线路电阻,为信号传输提供良好的通道,减少信号在传输过程中的损耗和畸变,保证电气性能的稳定,满足高速、高频电路对信号传输的要求。
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厚度过厚:从电气性能角度来看,过厚的金层对进一步降低电阻、改善信号传输的作用并不明显,反而会增加材料成本和生产时间。
3. 耐腐蚀性
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厚度过薄:无法形成有效的防护屏障,外界的氧气、水分、化学物质等容易透过金层与内部的金属发生反应,导致 PCB 板表面出现氧化、腐蚀等现象,缩短 PCB 板的使用寿命,降低其在恶劣环境下的可靠性。
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厚度适中:能够充分发挥金的耐腐蚀性优势,阻止外界物质与 PCB 板内部金属接触,为 PCB 板提供可靠的防护,使其在潮湿、高温、酸碱等腐蚀性环境中保持良好的性能,延长使用寿命。
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厚度过厚:虽然能进一步增强耐腐蚀性,但这种增强效果与成本的增加不成正比,会使生产过程中沉金工艺的难度和成本大幅上升。
4. 可插拔性能
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厚度过薄:在 PCB 板用于可插拔连接的场合时,过薄的金层容易在插拔过程中被磨损,使内部金属暴露,导致接触电阻增大,影响插拔连接的可靠性,可能出现接触不良等问题。
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厚度适中:能在插拔过程中提供足够的耐磨保护,保持良好的接触性能,确保插拔连接的稳定性和可靠性,减少因插拔磨损导致的连接故障。
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厚度过厚:可能会使金层过于柔软,在插拔时容易产生金层变形、剥落等问题,同样会影响可插拔性能和连接的稳定性。
5. 外观质量
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厚度过薄:可能导致金层颜色不均匀、光泽度差,影响 PCB 板的整体美观度,在对外观要求较高的产品中,可能会降低产品的档次和市场竞争力。
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厚度适中:可以使 PCB 板表面呈现出均匀、亮丽的金色,具有良好的光泽度和质感,提升 PCB 板的外观质量,满足高端产品对外观的要求。
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厚度过厚:可能会出现金层表面粗糙、起泡等问题,反而破坏了外观的平整度和美观度。
沉金厚度在不同应用场景下的标准范围有所不同,具体如下:
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高频高速电路:如 5G 通信设备、高速计算机主板等,为减少信号传输损耗,优化信号质量,沉金镀层厚度通常在 0.025 微米至 0.050 微米之间。
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航空航天、军工领域:要求高可靠性,需更强的抗腐蚀性和耐久性,确保设备在极端环境下稳定工作,沉金厚度一般选择 0.075 微米至 0.125 微米。
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消费电子产品
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手机、平板电脑等主板:对平整度、焊接可靠性和信号完整性要求较高,沉金厚度一般在 0.025 微米至 0.1 微米。
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普通家电、玩具等:对沉金厚度要求相对较低,一般在 0.025 微米至 0.075 微米能满足基本使用需求。
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有按键位、绑定 IC、BGA 等设计的高精密 PCB 板:为保证良好的焊接性能、平整度和可焊性,沉金厚度常规为 0.025 微米至 0.075 微米,最高可达 0.1 微米。
对耐磨性要求不高的金手指 PCB:采用整板沉金工艺时,厚度一般在 0.025 微米至 0.075 微米。
沉金工艺的价格主要受以下因素影响:
1. 原材料方面
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黄金价格:金是沉金工艺的关键原材料,国际黄金市场价格的波动会直接影响沉金工艺成本。黄金价格上涨,沉金工艺价格也会随之上升。
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其他辅助材料:如化学药剂、添加剂等,其价格波动也会对沉金工艺成本产生影响。高品质、环保型的化学药剂价格较高,会增加沉金成本。
2. 工艺复杂度方面
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沉金厚度要求:沉金厚度越大,所需的金材料越多,工艺时间也越长,价格就越高。比如,0.075 微米厚度的沉金价格通常比 0.025 微米的高。
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工艺步骤与精度:若除了常规沉金,还需进行特殊处理,如沉金后有额外的表面抛光、钝化等工序,或对沉金的均匀度、平整度等精度要求极高,会使工艺难度和成本增加,价格上升。
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电路板类型:多层电路板由于需要在多个内层和外层进行沉金处理,工艺复杂程度和操作难度高于单面板和双面板,价格也会更高。
3. 市场供需方面
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市场需求情况:当市场对沉金工艺电路板需求旺盛,而生产厂家产能有限时,价格会上涨。如 5G 通信产业快速发展时,对相关高频高速沉金电路板需求大增,价格会有所上升。
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行业竞争态势:若沉金加工市场竞争激烈,厂家为争取订单,可能会降低价格;市场垄断性较强或产能不足时,价格则可能偏高。
4. 其他方面
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环保成本4:随着环保要求提高,沉金工艺产生的废水、废气等污染物处理成本增加,如需要购置先进的环保设备、采用更环保的工艺等,这些都会使总成本上升,导致沉金价格提高。
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订单数量:一般来说,订单数量越大,厂家的规模效应越能发挥,单位成本越低,价格相对更优惠;小批量订单或样品订单,单位价格较高。
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品牌与服务:知名的、信誉好的加工厂商,因在工艺控制、质量保证、售后服务等方面投入较大,价格可能会包含一定品牌溢价。同时,提供快速打样、加急生产等增值服务的厂家,价格也会相应提高。
选择适合的沉金厚度以平衡成本和性能,需要综合考虑产品的应用场景、性能要求、成本预算等多个因素,以下是一些建议:
1. 考虑应用场景
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消费电子产品:如手机、平板电脑等,通常对外观和轻薄化有较高要求,同时需要保证一定的信号传输性能和焊接可靠性。一般来说,沉金厚度在 0.025 微米 - 0.05 微米之间即可满足大多数需求,既能保证良好的外观和性能,又能控制成本。对于一些高端产品,可能会将沉金厚度提高到 0.05 微米 - 0.1 微米,以提升产品的品质和稳定性。
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工业控制与汽车电子:这类产品通常需要在较为恶劣的环境下工作,对可靠性和耐久性要求较高。一般建议沉金厚度在 0.05 微米 - 0.1 微米之间,以确保在长期使用过程中不会出现腐蚀、氧化等问题,保证产品的性能稳定。对于一些特殊的汽车电子部件,如发动机控制单元等,可能需要更高的沉金厚度,以应对高温、震动等极端环境。
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航空航天与军工产品:这些领域对产品的性能和可靠性要求极高,通常需要采用较高的沉金厚度,一般在 0.1 微米 - 0.15 微米之间,甚至更高。以确保在极端环境下,如高海拔、强辐射、高湿度等条件下,产品依然能够稳定工作,保证系统的安全性和可靠性。
2. 评估性能需求
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电气性能要求:如果产品对信号传输的要求较高,如高频高速电路,需要选择适当厚度的沉金层来降低电阻,减少信号衰减。一般来说,沉金厚度在 0.03 微米 - 0.05 微米之间可以满足大多数高频信号传输的需求。对于一些超高频、高速率的电路,可能需要将沉金厚度提高到 0.05 微米 - 0.1 微米。
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焊接性能要求:对于焊接点较多、焊接要求较高的产品,需要保证沉金层有足够的厚度,以确保良好的可焊性和焊接强度。一般沉金厚度在 0.05 微米 - 0.1 微米之间可以满足较好的焊接性能要求。如果是一些对焊接可靠性要求极高的产品,如医疗设备、高端服务器等,可能需要选择 0.1 微米 - 0.15 微米的沉金厚度。
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耐腐蚀性要求:根据产品使用环境的不同,对耐腐蚀性的要求也有所差异。在一般的室内环境中,沉金厚度在 0.03 微米 - 0.05 微米之间通常可以满足要求。而在潮湿、盐雾、酸碱等腐蚀性较强的环境中,则需要将沉金厚度提高到 0.05 微米 - 0.1 微米甚至更高。
3. 结合成本预算
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材料成本:沉金厚度越大,使用的金材料越多,材料成本也就越高。在选择沉金厚度时,需要根据产品的成本预算来合理控制金层厚度。例如,在一些成本敏感的产品中,如普通的消费电子产品,可以选择较低的沉金厚度,以降低材料成本。
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加工成本:随着沉金厚度的增加,加工难度和加工时间也会相应增加,从而导致加工成本上升。例如,沉金厚度从 0.05 微米增加到 0.1 微米,加工时间可能会增加 50% 以上,加工成本也会相应提高。因此,在选择沉金厚度时,需要综合考虑加工成本对产品总成本的影响。
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综合成本:除了材料成本和加工成本外,还需要考虑产品的后期维护成本等因素。如果选择较低的沉金厚度,可能会导致产品在使用过程中出现故障的概率增加,从而增加后期的维护成本。因此,在选择沉金厚度时,需要综合考虑产品的整个生命周期成本,选择一个既能满足性能要求,又能控制成本的最佳沉金厚度。
4. 参考行业标准与经验
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参考行业标准:不同行业对于 PCB 沉金厚度通常有一些相关的标准和规范,例如 IPC 标准等。在选择沉金厚度时,应参考这些行业标准,确保产品符合行业要求和质量标准。
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借鉴过往经验:可以参考以往类似产品的沉金厚度选择经验,了解不同厚度在实际使用中的性能表现和成本情况。如果有条件,还可以与同行进行交流,获取更多的实际应用案例和经验教训。
5. 与供应商合作
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供应商建议:专业的 PCB 加工供应商通常具有丰富的经验和专业知识,他们可以根据产品的具体要求和特点,提供合理的沉金厚度建议。在选择供应商时,应与供应商进行充分的沟通,了解他们的建议和方案。
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样品测试:在大规模生产之前,可以要求供应商提供不同沉金厚度的样品,进行性能测试和评估。通过实际测试,可以直观地了解不同沉金厚度对产品性能的影响,从而选择出最适合的沉金厚度。
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