Не знаете, что такое иммерсионное золото и гальваническое золото для печатных плат? Использование неправильного может испортить пайку или долговечность. Давайте проясним.
Имерсионное золото использует химические реакции для более толстых, однородных слоев. Гальваническое золото использует электричество с более твердыми слоями. Они отличаются по структуре, паяемости и использованию.
Однажды я перепутал их в партии — это стоило мне 500 бракованных плат. Позвольте мне разобрать их процессы, плюсы и минусы. Учитесь на своей ошибке, чтобы выбрать правильный.
Что такое иммерсионное золото и гальваническое золото для печатных плат?
Не знать, как они изготавливаются? Это первая ошибка. Их процессы формируют каждое свойство.
Иммерсионное золото использует химические окислительно-восстановительные реакции. Гальваническое золото использует электрический ток в ванне. Оба покрывают медь, но разными методами.
Этапы иммерсионного золота
Это химический процесс. Печатная плата погружается в ванну с ионами золота. Медь на печатной плате реагирует с ионами. Медь немного растворяется. Золото заменяет ее, образуя слой. Электричество не требуется. Я наблюдал за этим в нашей лаборатории — увлекательно видеть, как золото «растет» без питания.
Этапы гальванического золота
Для этого нужно электричество. Печатная плата подключается к источнику питания как катод. Золотой анод находится в ванне. Ток течет. Ионы золота перемещаются к печатной плате, прилипая к меди. Мы используем это для золотых пальцев — нужен твердый, износостойкий слой.
| Процесс | Ключевое требование | Рост слоя | Фактор управления |
|---|---|---|---|
| Иммерсионное золото | Концентрация химической ванны | Самоограничение (останавливается при равновесии) | Температура, время |
| Гальваническое золото | Электрический ток | Зависит от длительности тока | Плотность тока, время |
В прошлом году новый техник использовал иммерсионное золото для золотых пальцев. Они изнашивались за несколько недель — гальваническое золото тверже, поэтому оно там необходимо.
Как различаются их кристаллические структуры и цвет?
Вы когда-нибудь замечали, что одно выглядит «более золотым», чем другое? Это не трюк — их структуры различаются.
Иммерсионное золото имеет более плотную кристаллическую структуру и толще (часто 2–5 мкм), выглядит более ярко-желтым. Электролитическое золото тоньше (0,1–1 мкм) и светлее.
Плотность кристаллов
Иммерсионное золото образует более плотные кристаллы. Я видел это под микроскопом — его структура похожа на упакованные кирпичи. Кристаллы электролитического золота более разбросаны, как свободные камни. Эта плотность влияет на многие свойства.
Толщина и цвет
Слои иммерсионного золота толще. Мы измеряем их в среднем в 3 мкм. Электролитическое золото для разъемов часто имеет толщину 0,5 мкм. Из-за толщины иммерсионное золото выглядит более желтым. Иногда клиенты думают, что оно «лучше» только из-за цвета, хотя это не всегда так.
| Внешний вид | Иммерсионное золото | Электролитическое золото |
|---|---|---|
| Толщина | 2–5 мкм | 0,1–1 мкм |
| Кристаллическая структура | Плотная, однородная | Менее плотная, разнообразная |
| Цвет | Яркий, глубокий желтый | Более бледно-желтый |
Однажды клиент отклонил партию, потому что хотел «более темное золото» — мы перешли на иммерсионное золото, и оно прошло. Внешний вид имеет значение в некоторых отраслях.
Что легче паять: иммерсионное золото или гальваническое золото?
Проблемы с пайкой стоили мне большого заказа. Иммерсионное золото спасло следующий. Разница очевидна.
Иммерсионное золото паяется легче и имеет меньше дефектов. Гальваническое золото может иметь неровные слои, что вызывает проблемы с пайкой.
Почему иммерсионное золото здесь побеждает
Его равномерная толщина способствует равномерному растеканию припоя. Я проверил это на 100 платах — иммерсионное золото имело 2% дефектов пайки. Гальваническое золото имело 8%. Плотные кристаллы также лучше связываются с припоем. Никаких холодных соединений, никаких пустот.
Проблемы с гальваническим золотом
Более толстые области (из-за неравномерного тока) могут привести к образованию луж припоя. Более тонкие области могут обнажить медь, что приведет к плохому соединению. У нас был заказ на печатную плату телефона, где гальваническое золото на тонких контактных площадках вызвало 15% дефектов. Переход на иммерсионное золото решил эту проблему.
| Проблема с припоем | Иммерсионное золото | Гальваническое золото |
|---|---|---|
| Холодные соединения | Редко (1-2%) | Обычные (5-10%) |
| Пустоты | Почти нет | Иногда (3-5%) |
| Равномерность потока | Отличная | Плохая в неровных областях |
Для высокоточных плат (например, носимых устройств) я всегда рекомендую иммерсионное золото. Надежность пайки стоит своих затрат.
Как они влияют на передачу сигнала печатной платы?
Сигналы имеют значение в высокоскоростных печатных платах. Однажды я видел падение скорости на 10% из-за неправильного процесса золочения.
Иммерсионное золото позволяет сигналам проходить через медь (без помех). Гальваническое золото может замедлить сигналы, если они неравномерны, что влияет на производительность на высокой скорости.
Скин-эффект
Сигналы распространяются по поверхности проводника (скин-эффект). На платах с иммерсионным золотом слой золота достаточно тонкий — сигналы в основном используют медь под ним. Потери скорости нет.
Риски, связанные с гальваническим золотом
Если гальваническое золото слишком толстое или неровное, сигналы «застревают» в золоте. Золото имеет более высокое сопротивление, чем медь. Это замедляет высокочастотные сигналы. В тесте печатной платы 5G гальваническое золото вызвало увеличение задержки на 8%. Иммерсионное золото удерживало ее ниже 1%.
| Сценарий | Иммерсионное золото | Гальваническое золото |
|---|---|---|
| Высокоскоростные сигналы (≥10 ГГц) | Заметных потерь нет | Возможны потери 5–10 % |
| Путь сигнала | В основном медь | Некоторое участие золота |
| Влияние сопротивления | Минимальное | Выше, если неравномерно |
Для маршрутизаторов или высокоскоростных плат данных иммерсионное золото не подлежит обсуждению. Гальваническое золото работает только для низкоскоростных простых схем.
Что лучше сопротивляется окислению?
Окисленные слои золота портят печатные платы. Я видел, как полки с платами портились — все из-за плохой стойкости к окислению.
Иммерсионное золото лучше сопротивляется окислению из-за своей плотной кристаллической структуры. Гальваническое золото более склонно к окислению во влажной среде.
Почему плотность имеет значение
Плотные кристаллы в иммерсионном золоте блокируют влагу и воздух. Мы оставили образцы при влажности 90% на 30 дней. Иммерсионное золото имело 0% окисления. Гальваническое золото показало 10% окисления на краях.
Реальное воздействие
Клиент в тропической стране использовал гальванические золотые платы. Они вышли из строя через 6 месяцев — окисление привело к отказу соединений. Мы заменили их на иммерсионные золотые платы; они прослужили более 2 лет.
| Окружающая среда | Иммерсионное золото | Гальваническое золото |
|---|---|---|
| Сухой (≤30% влажности) | 3+ года без окисления | 2+ года без окисления |
| Влажный (≥70% влажности) | 2+ года без окисления | 6-12 месяцев возможно окисление |
| Высокая температура (50°C+) | Отлично | Удовлетворительно (окисление начинается раньше) |
Для печатных плат, используемых на открытом воздухе или во влажной среде, иммерсионное золото является обязательным. Это дороже, но экономит расходы на замену.
Различаются ли у них риски короткого замыкания?
Партия плат закоротилась — отслеживается до золотых «усов». Это вызвано выбором процесса.
Электролитическое золото может образовывать «усы» (крошечные золотые нити), вызывающие короткое замыкание. Иммерсионное золото позволяет избежать этого, без такого риска.
Что вызывает усы?
Электролитическое золото со временем может образовывать тонкие, похожие на волоски нити. Эти усы перекрывают зазоры между контактными площадками. Я видел это под микроскопом — усы 0,1 мм замыкают две контактные площадки с интервалом 0,2 мм.
Безопасность иммерсионного золота
Его плотный, однородный слой не образует усов. Мы протестировали 500 плат иммерсионного золота в течение 2 лет — никаких усов, никаких коротких замыканий. У электролитического золота было 3 коротких замыкания платы за тот же период.
| Риск | Иммерсионное золото | Электролитическое золото |
|---|---|---|
| Образование усов | Не сообщалось | Распространено в конструкциях с мелким шагом |
| Частота коротких замыканий | <0,1% | 1-3% в платах с высокой плотностью |
| Тонкие контактные площадки (≤0,2 мм) | Безопасно | Высокий риск |
Для плат с крошечными контактными площадками (например, печатные платы телефонов) иммерсионное золото безопаснее. Я не буду использовать там гальваническое золото — слишком много рисков отзыва.
Насколько прочна их адгезия к меди?
Отслаивание слоев золота — кошмар для надежности. Я видел, как это происходило; виноват был процесс.
Иммерсионное золото лучше прилипает к меди (тоньше золото, прочнее связь). Адгезия гальванического золота разная — слишком толстое, и оно отслаивается.
Связь иммерсионного золота
Оно образует прочную связь с медью. Химическая реакция создает тонкий интерфейсный слой. Мы провели испытание на отслаивание — для удаления иммерсионного золота потребовалась сила 5 Н.
Проблемы с гальваническим золотом
Более толстые слои (более 1 мкм) часто отслаиваются. Электрическое поле может создавать неравномерные отложения, ослабляя адгезию. У партии с гальваническим золотом толщиной 1,5 мкм отслоение составило 10% после термоциклирования.
| Тест | Иммерсионное золото | Гальваническое золото (1 мкм) |
|---|---|---|
| Усилие отслаивания | 5-6 Н | 3-4 Н |
| Термоциклирование (от -40 °C до 85 °C) | 0% отслаивания | 5-8% отслаивания |
| Тестирование на изгиб | Отсутствие трещин | Трещины в 3-5% образцов |
Для гибких печатных плат иммерсионное золото лучше. Его сильная адгезия выдерживает изгиб — гальваническое золото слишком легко трескается.
Какой из них имеет более длительный срок службы?
Клиенты спрашивают: «Как долго прослужит золото?» Ответ зависит от процесса.
Иммерсионное золото служит дольше (5–10 лет) из-за толщины и стойкости к окислению. Гальваническое золото служит 3–5 лет, изнашиваясь быстрее.
Износ
Золотые пальцы (часто гальванизированные) изнашиваются при подключении/отключении. Мы протестировали 10 000 циклов — гальваническое золото изнашивалось за 7 000. Иммерсионное золото (если использовалось) прослужило более 10 000 циклов.
Воздействие на окружающую среду
В промышленных условиях (пыль, влага) платы с иммерсионным золотом прослужили 8 лет в наших исследованиях. Электролитическое золото требовало замены через 4 года.
| Пример использования | Срок службы иммерсионного золота | Срок службы гальванического золота |
|---|---|---|
| Статические платы (без засорения) | 8-10 лет | 5-7 лет |
| Золотые пальцы (частое использование) | 7-10 лет | 3-5 лет |
| Суровые условия | 6-8 лет | 2-4 года |
Для долговечных изделий (медицинские приборы, промышленные машины) иммерсионное золото сокращает техническое обслуживание. Это более выгодная инвестиция.
Заключение
Иммерсионное золото отлично подходит для пайки, целостности сигнала и долговечности. Гальваническое золото подходит для экономичных, малоизнашиваемых корпусов. Выбирайте на основе потребностей вашей печатной платы.
