Специалист компании "ХимНикель"
Никелирование и последующая пайка: как обеспечить хорошую паяемость покрытия
Никелирование часто выбирают как «универсальное» покрытие: оно защищает металл, работает как барьерный слой и хорошо держится на разных основах. Но при последующей пайке у никелевого покрытия есть особенность: никель быстро покрывается оксидной плёнкой, и если её не разрушить, припой будет плохо смачивать поверхность. Это особенно заметно на никелированных медных проводниках и контактных деталях — пайка получается сложнее, чем по чистой меди или олову.
Почему никелированное покрытие иногда «плохо паяется»
Есть три главные причины:
Окисление поверхности. Никелевое покрытие на воздухе образует оксидную плёнку; для пайки нужен флюс (или защитная атмосфера), который успевает активировать поверхность. Nickel-plated проводники прямо называют более сложными в пайке и отмечают необходимость активного флюса для ограничения окисления при температурах пайки.
Интерметаллиды на границе “никель–припой”. При пайке формируется интерметаллидный слой (по сути «переходная зона» между припоем и никелем). Для химического никелирования (Ni–P) на эту зону влияет содержание фосфора: оно меняет структуру покрытия и характер формирования соединений на границе.
Загрязнения после никелирования. Следы масел, пассивирующих плёнок, отпечатки пальцев — всё это ухудшает смачивание. Иногда проблема не в никелировании, а в том, что поверхность не успели качественно подготовить к пайке или долго хранили без упаковки.
Окисление поверхности. Никелевое покрытие на воздухе образует оксидную плёнку; для пайки нужен флюс (или защитная атмосфера), который успевает активировать поверхность. Nickel-plated проводники прямо называют более сложными в пайке и отмечают необходимость активного флюса для ограничения окисления при температурах пайки.
Интерметаллиды на границе “никель–припой”. При пайке формируется интерметаллидный слой (по сути «переходная зона» между припоем и никелем). Для химического никелирования (Ni–P) на эту зону влияет содержание фосфора: оно меняет структуру покрытия и характер формирования соединений на границе.
Загрязнения после никелирования. Следы масел, пассивирующих плёнок, отпечатки пальцев — всё это ухудшает смачивание. Иногда проблема не в никелировании, а в том, что поверхность не успели качественно подготовить к пайке или долго хранили без упаковки.
Какое никелирование лучше под пайку
Для пайки встречаются два подхода:
Гальваническое никелирование (электролитическое). Обычно это более «чистый» по составу никель (высокая доля Ni), и при правильно подобранном процессе можно получить стабильную поверхность.
Химическое никелирование (электролесс Ni–P). Здесь в покрытии есть фосфор, и его доля заметно влияет на свойства слоя (структуру, коррозионную стойкость и др.). Типично упоминают диапазоны фосфора порядка нескольких процентов до ~12% в зависимости от процесса.
Гальваническое никелирование (электролитическое). Обычно это более «чистый» по составу никель (высокая доля Ni), и при правильно подобранном процессе можно получить стабильную поверхность.
Химическое никелирование (электролесс Ni–P). Здесь в покрытии есть фосфор, и его доля заметно влияет на свойства слоя (структуру, коррозионную стойкость и др.). Типично упоминают диапазоны фосфора порядка нескольких процентов до ~12% в зависимости от процесса.
Что важно для паяемости: не “какое никелирование лучше вообще”, а “какое никелирование лучше под ваш припой, режим пайки и срок хранения”. Для ответственных изделий лучше заранее согласовать технические требования к покрытию и сделать короткую пробу паяемости на реальных деталях.
Технические требования к никелевому покрытию для пайки
Чтобы никелирование давало хорошую паяемость, фиксируют минимум три параметра:
Толщина покрытия.
Для электроники можно ориентироваться на отраслевые требования: например, в IPC-4552 для ENIG (никель + иммерсионное золото) задают толщину никеля порядка 3–6 мкм как барьерный слой.
Толщина покрытия.
Для электроники можно ориентироваться на отраслевые требования: например, в IPC-4552 для ENIG (никель + иммерсионное золото) задают толщину никеля порядка 3–6 мкм как барьерный слой.
Для механических деталей никелирование часто делают толще (в зависимости от задачи защиты и износа), но для пайки важно не столько «больше», сколько стабильно и без дефектов поверхности.
Состояние поверхности.
Поверхность покрытия должна быть чистой, без “мыла”, масел и следов упаковки. Если требуется декоративный вид (блестящий или матовый), это тоже лучше прописать заранее: декоративные требования часто ужесточают контроль подготовки поверхности.
Срок и условия хранения.
Чем дольше никелированное изделие лежит на воздухе, тем выше риск проблем с пайкой из-за окисления. В электронике эту проблему часто решают тонким «защитным» верхним слоем (например, золотом поверх никеля) — он сохраняет паяемость при хранении.
Подготовка перед пайкой: что реально работает
Если пайка идёт «в цеху», а не в стерильной лаборатории, вот базовый алгоритм:
- Обезжиривание.
Перед пайкой уберите органику: изопропиловый спирт/специализированный очиститель (без плёнкообразующих остатков). Не трогайте поверхность руками после очистки. - Минимизация времени “никелирование → пайка”.
Идеально — паять вскоре после никелирования. Если это невозможно, храните изделия в сухой упаковке (пакеты с осушителем, закрытая тара). - Правильный флюс под никель.
Никелированная поверхность обычно требует более активного флюса, чем медь: важно, чтобы флюс успел «вскрыть» оксид при температуре пайки.
Для электроники часто обсуждают no-clean, rosin (R/RMA) и rosin activated (RA) — активированный канифольный флюс лучше “пробивает” сложные поверхности, но остатки обычно рекомендуют удалять. - Мягкий прогрев и контроль времени на температуре.
Окисление происходит быстро, а деоксидирование требует времени — поэтому важен профиль: прогрев, активация флюса, затем пайка без «пережога».
Режим пайки: частые ошибки и как их избежать
Ошибка 1: перегрев и “пересушка” флюса.
Флюс выгорает раньше, чем разрушит оксид — результат: шарик припоя “катается” и не растекается.
Ошибка 2: слишком мало флюса или неподходящая активность.
На никелированном покрытии это проявляется сильнее, чем на меди.
Ошибка 3: пайка по загрязнённой поверхности.
Если после никелирования изделие проходило сборку, транспортировку, склад — почти всегда нужна повторная очистка.
Ошибка 4: ожидание «как по олуженной поверхности».
Никелирование — не олово: смачивание и формирование слоя идут иначе, и режим/флюс должны это учитывать.
Как проверить паяемость покрытия до запуска партии
Чтобы не рисковать серией, делают короткую верификацию:
- Пробная пайка на реальной детали (тот же припой, тот же флюс, тот же профиль).
- Оценка смачивания: припой должен равномерно растекаться по покрытию, без “островков” несмачивания и отслоений.
- Для отраслевых применений ориентируются на требования паяемости (в электронике часто упоминают J-STD-003 как базовый документ для оценки).