電子工業中零件或電路板鍍鎳(Ni)的目的何在?

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「鎳」的英文叫【Nickel】,化學元素符號為【Ni】,「鎳」因為具有優良的物理、機械及化學特性,所以在工程及工業上的應用頗多,比如說拿來防腐蝕、增加硬度、耐磨擦及感磁性等應用。其主要被用於合金的配方中,如鎳鋼、鎳鉻鋼、鎳銅等來增加其抗腐蝕及抗氧化的能力,因為其抗氧化能力佳,所以早期也常被用來製成貨幣。

所謂鎳的抗氧化佳?這裡需要特別註解,其實「鎳」本身對「氧」的活性也是蠻高的,也就是說「鎳」本身也是很容易氧化的,但因為其本身所生成的氧化物(NiO、Ni(OH)2)具有優秀的細密性,可以形成一層薄膜來包覆住自己以隔絕與空氣繼續接觸,所以可以抗氧化,也就是說鎳會自己先氧化生成防護膜之後才能保護其本身及底金屬免於繼續氧化。







因此「鎳」也常被拿來電鍍在其他的金屬表面,用以保護其底層金屬與空氣接觸而產生氧化的問題,但其鍍層必須要達到「無針孔缺陷(defect-free)」才能起到一定的保護作用,早期的鍍鎳製程因為工藝還不是很成熟,經常會有細小的孔洞發生,以致未能完全密封住其鍍層下的底金屬材質,導致鍍鎳後還是發生底金屬氧化的問題,而現今的鍍鎳工藝已經日漸成熟,通常會在鍍槽液中添加封孔劑,以解決多孔性的問題。

延伸閱讀:常見化學元素的活性順序

金屬表面鍍鎳除了可以起到防止氧化的效果之外,其鍍層還可以增強下列的機械特性:

  1. 強度(tensile strength)
  2. 延展性 (elongation)
  3. 硬度(hardness)
  4. 內應力(internal)
  5. 疲勞限度(fatigue life)
  6. 氫脆性(hydrogen embrittlement)

另外,鎳鍍層也具有良好的抗化學腐蝕能力,常被應用於化學、石油、食品及飲料工業上以防止腐蝕、防止產品污染及保持產品純潔等作用。不過要注意,當鎳的氧化物保護膜被氯化物溶液侵入後就會形成針孔狀的腐蝕,一般鎳鍍層在中性或鹼性溶液都不會有太大問題,但遇到大多數的礦物則會被腐蝕。

電子工業中零件或電路板鍍鎳的目的何在?

在ENIG(化鎳浸金)電路板上面鍍「鎳」,其主要目的是用來防止銅與金之間互相遷移(migration)與擴散(diffusion),當作【阻障層】與抗腐蝕的保護層,保護銅層免於氧化,更可以防止導電性與可焊性裂化,依據IPC-4552對ENIG的化鎳鍍層之建議,其厚度至少需達到3µm(micrometer)/118µ"以起到保護作用。在焊錫或SMT回焊的過程中,鎳層則會與錫膏中的錫結合而生成Ni3Sn4介面金屬共化物 (IMC, InterMetallic Compound),這個IMC的強度雖然比不上OSP表面處理所生成的Cu6Sn5,但已經足以適合大部分現今產品的使用需求了。

另外,電子零件的接腳為了達到一定機械強度,經常使用「黃銅」代替「純銅」當成底材。但因黃銅含有大量的「鋅」,其對焊錫性會有很大的妨礙,所以不可以在黃銅上面直接鍍錫,必須先行鍍上一層「鎳」來當成屏障 (Barrier)層,才能順利完成焊接的任務。

請注意:不可在黃銅面上面直接鍍錫,因為黃銅為銅鋅合金,否則重熔後銅會直接剝離脫落,會有假焊的現象。

那可不可以直接鍍鎳來當作銲錫之用?答案基本上是否定的,因為「鎳」在大氣環境中也非常容易鈍化(Passivation),對焊錫性也會出現極其不利的影響,故一般在鎳層外面還要鍍一層純錫,以提高零件腳的焊錫性。除非零件成品的包裝可以確保隔絕空氣,以及使用者焊接前都可以保證鎳層沒有氧化,否則鎳層一旦氧化後,即使焊接的上,其焊接強度還是會繼續惡化,終至斷裂。

為了防止黃銅中的鋅與錫互相遷移(migration)與擴散(diffusion),一般除了會預鍍一層鎳之外,也有人選擇預鍍純銅來當作阻障層與抗腐蝕的保護層,然後再鍍錫來加強焊錫能力。

常見有些鍍錫零件擺放一段時間後發生氧化的問題,大部分都是因為沒有預鍍銅或預鍍鎳,或是預鍍層厚度不足以防止上述問題所造成。

如果鍍錫的目的是為了加強銲錫,一般建議鍍霧錫(matte tin),而不建議鍍亮錫。

延伸閱讀:霧錫(Matte tin)與亮錫 (Bright tin)的差別

依據IPC4552的要求一般ENIG電路板的化金層厚度建議落在2µ"~5µ"(0.05µm~0.125µm)之間,而化學鎳層厚度則落在3µm(118µ")~6µm(236µ")。


延伸閱讀:
何謂SMT「紅膠」製程?什麼時候該用紅膠呢?有何限制呢?
浸金及電鍍金在電路板焊接中所扮演的角色
零件掉落與電路板鍍金厚度的關係


訪客留言內容(Comments)

熊大,如果零件端鍍上鎳與鈀也可改善導電阻抗及讓訊號傳輸增強,且耐磨性比金佳啊

不好意思想請教一下
文中後面有一段說
“為了防止鋅與錫的互相遷移(migration)與擴散(diffusion),一般除了會預鍍一層鎳之外,也有人選擇預鍍銅來當作阻障層與抗腐蝕的保護層,然後再鍍錫。”
銅好像本身也是會氧化的東西, 所以鍍銅主要是做阻障層用嗎?

alvitseng;
是的!這裡只的是在黃銅上面預鍍一層純銅來當作阻障層,外面必須要再鍍上其他保護金屬。

您好~

小弟是做機械的 , 對電料方面不熟

最近遇到一個案子
其中要做一個銅排(就是一塊長方體的銅塊),接電用的
圖面上材質只寫E-cu
結果做好沒多久就氧化變黑 然後就被客訴了= =

想請問的是
一般來說 , 這種東西是要在表面鍍上 錫 還是 鎳呢?
鍍錫和鍍鎳的差別是在??

有上網查了一些資料但還是不太了解…
不知是否能請您提供一些您的經驗? 感謝!!

林彥明,
這個要看你的目的是什麼?如果只是為了避免銅的氧化,那可以鍍鎳、鍍錫、甚至鍍金都可以。
如果你的目的是要防止銅的氧化,還要可以焊接吃錫,那就要在銅的上面先鍍鎳在鍍錫,或是先鍍鎳在鍍金。


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