Leiterplattentechnisch - 2 mögliche Probleme von ENIG Oberflächenbehandlung PCB Pads?

Mit der Popularisierung von Smartphones, der Miniaturisierung elektronischer Produkte und den Anforderungen der EU an bleifreie Prozesse ist der Oberflächenbehandlungsprozess von Nickel Immersion Gold (ENIG) einfacher und billiger als andere Oberflächenbehandlungsverfahren. Darüber hinaus hat es auch seine ausgezeichnete Wiederholbarkeit, gute Ebenheit, geeignet für dünnfüßige Teile, langfristige Lagerung und nicht leicht zu oxidieren. Daher wählen immer mehr elektronische Produkte ENIG als ihre PCB-Oberflächenbehandlung.

Daher, wenn viele Leute feststellen, dass Teile fallen oder schlechte Lötbarkeit, wenn ENIG (Nickel Immersion Gold) Oberflächenbehandlung auf der Leiterplatte verwendet werden, ist das erste Problem, das in den Sinn kommt normalerweise "schwarzes Nickel", auch bekannt als "schwarzes Pad". Es scheint jedoch, dass nur wenige Menschen wirklich verstehen, was mit "schwarzem Nickel" oder "schwarzem Pad" gemeint ist, daher versucht dieser Artikel ENIG's "schwarzem Nickel" oder "schwarzem Pad" aus der Perspektive des Verständnisses von Arbeitsbären zu diskutieren.

Das "schwarze Nickel" von ENIG besteht grundsätzlich aus zwei Hauptkomponenten: "Phosphor" und "Nickeloxid".

"Phosphor" kommt aus der elektrolosen Vernickelungsschicht. Im nachfolgenden Ersetzungsprozess von "Gold" und chemischem Nickel, da "Phosphor" nicht reagiert, bleibt es zwischen der Goldschicht und der Nickelschicht, um P-reich zu bilden. Schichtung und schließlich bilden Sie das Ergebnis der Versprödung auf der Schweißfestigkeit.

"Nickeloxid" besteht im Wesentlichen aus einer komplexen chemischen Formel von NixOy (x und y sind Zahlen). Der grundlegende Grund ist, dass die Nickeloberfläche während der Eintauchgoldstitutionsreaktion auf der Nickeloberfläche eine übermäßige Oxidationsreaktion durchläuft (metallisches Nickel wird Nickelionen) Es ist "Oxidation" im weiten Sinne), und die unregelmäßige Ablagerung sehr großer "Gold"-Atome (Goldatomradius 144pm) führt zur Bildung von rauen, losen und porösen Kristallkornorganisationen, was bedeutet, dass die "Gold"-Schicht nicht vollständig bedeckt werden kann. Bleibt man an der unteren "Nickel"-Schicht, kann die Nickelschicht der Luft ausgesetzt werden, um ihre Oxidation fortzusetzen, so bildet sich Nickelrost allmählich unter der "Gold"-Schicht, die schließlich das Schweißen behindert.

Da die meisten Lote, wie SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg usw., im Grunde auf Zinn (Sn) basieren, wenn die Leiterplatte durch den Reflow-Ofen erhitzt wird, bilden Sn und ENIG Nickel (Ni) Ni3Sn4 IMC (Common Compounds). Wenn die Nickelschicht oxidiert wird, wird es schwierig sein, ideale IMC zu bilden. Auch wenn es sich kaum bilden lässt, ist das IMC intermittierend und ungleichmäßig. Dies führt dazu, dass die Schweißfestigkeit sinkt, genau wie eine Ziegelwand oder Ziegel, die mit Zement beschichtet sind. Der Zement zwischen der Wand und der Ziegelmauer ist wie IMC. Wenn einige Stellen nicht mit Zement beschichtet sind, wird die Stärke der Wand zerbrechlich. Das ist der gleiche Grund.

In der Tat hat die Oberflächenbehandlung von Leiterplatten auch "Nickel-eingetauchtes Palladium Gold ((ENEPIG)"), und diese Art der Oberflächenbehandlung kann das Problem der "schwarzen Nickel/schwarzen Pad" -Generation effektiv unterdrücken, aber weil ihre Kosten relativ teuer sind, wird es derzeit nur von High-End-Platine-, CSP- oder BGA-Industrie angenommen.

Zwei mögliche Probleme von ENIG Pads und deren Prävention

Der grundlegende Prozess der ENIG

Einer der größten Vorteile der ENIG Oberflächenbehandlung von Leiterplatten ist der einfache Herstellungsprozess der Leiterplatte. Grundsätzlich können nur zwei chemische Tränke (galvanisches Vernickeln und saures Goldwasser) zur Fertigstellung verwendet werden, natürlich werden andere Tränke benötigt. ENIG Oberflächenbehandlungsprozess besteht im Allgemeinen darin, zuerst chemische Nickelabscheidung auf dem Kupferpad zu machen und die Dicke der Nickelschicht zu steuern, indem Zeit und Temperatur kontrolliert werden; Verwenden Sie dann die gerade abgelagerte Frischnickelaktivität, um das Nickelpad in saures Goldwasser einzutauchen. Die chemische Verdrängungsreaktion ersetzt Gold von der Lösung auf die Oberfläche des Pads, und ein Teil des Nickels auf der Oberfläche löst sich im Goldwasser auf. Das ersetzte "Gold" bedeckt allmählich die Nickelschicht, bis die Nickelschicht vollständig bedeckt ist, die Austauschreaktion stoppt automatisch und der Prozess kann abgeschlossen werden, nachdem der Schmutz auf der Oberfläche des Pads gereinigt wurde. Zu diesem Zeitpunkt ist die vergoldete Schicht normalerweise nur etwa 0,05um (2u) oder dünner, so dass der ENIG-Prozess sehr einfach zu steuern und relativ kostengünstig ist (im Vergleich zu galvanischem Nickel und Gold).

Die Bildung und Schädigung von schwarzem Nickel

Die Qualität der Nickelschicht hängt hauptsächlich von der Formel der Vernickelungslösung und der Temperaturregelung während der chemischen Abscheidung ab, und natürlich hat sie auch eine bestimmte Beziehung zum sauren Goldwasseraufbereitungsprozess. Der Prozess der elektrolosen Vernickelung besteht darin, die Beschichtungsschicht durch die autokatalytische Reaktion von Hypophosphit und Nickelsalz auf der Oberfläche des Pads zu erhalten. Die Beschichtungsschicht enthält eine bestimmte Menge an "Phosphor (P)". Viele Studien haben gezeigt, dass der Phosphor (P) in der Überzugsschicht normal ist. Der Anteil sollte zwischen 7% und 10%. Wenn die Formulierung der Beschichtungslösung nicht sofort aufrechterhalten werden kann oder die Temperatur außer Kontrolle gerät, weicht der Phosphorgehalt von diesem Normalbereich ab. Wenn der Phosphorgehalt niedrig ist, wird die Beschichtung sehr einfach sein Wenn der Phosphorgehalt hoch ist, erhöht sich die Härte der gebildeten Beschichtung erheblich, was ihre Lötbarkeit verringert und die Bildung zuverlässiger Lötstellen ernsthaft beeinträchtigt. Wenn der Phosphorgehalt in der Vernickelungsschicht niedrig ist und die chemische Ersatzreaktion Vergoldung nicht ordnungsgemäß verarbeitet wird, wenn eine große Anzahl von gerissenen Vergoldungsschichten erhalten wird, wird das saure Goldwasser unweigerlich schwierig sein, im nachfolgenden Reinigungsprozess zu entfernen, was zur Exposition gegenüber der Luft führt. Die Korrosion der Vernickelung wird beschleunigt, und schließlich wird schwarzes Nickel gebildet, das das sogenannte schwarze Lötpad ist.

Die Bildung und Schädigung der phosphorreichen Schicht

ENIG oberflächenbehandelte Lötpads, im Lötprozess ist die wirkliche Legierung mit der Lötpaste das "Nickel" in ENIG, und seine typische intermetallische Verbindung (IMC)-Legierung ist Ni3Sn4, und der Phosphor in der Vernickelung beteiligt sich nicht metallisiert, aber in der Nickelschicht nimmt Phosphor einen bestimmten Anteil ein und wird gleichmäßig verteilt. Auf diese Weise, nachdem Nickel an der Legierung teilgenommen hat, wird der lokale überschüssige Phosphor angereichert und auf dem Rand der Legierungsschicht konzentriert, um eine phosphorreiche Schicht zu bilden. Wenn die phosphorreiche Schicht zu dick ist, wird ihre Stärke stark reduziert. Wenn die Lötstelle durch äußere Spannung beeinträchtigt wird, muss sie zuerst vom schwächsten Glied zerstört werden, und die phosphorreiche Schicht kann das schwächste Glied sein, das zuerst zerstört werden muss. Die Zuverlässigkeit der Punkte muss natürlich beeinträchtigt werden.

Prävention und Kontrolle der schwarzen Nickel- und phosphorreichen Schicht

Obwohl die Bildung von schwarzem Nickel und das Aussehen der phosphorreichen Schicht eine starke Tarnung haben, kann es schwierig sein, sie mit allgemeinen Mitteln zu erkennen und zu verhindern. Aber wenn wir die Ursachen verstehen, können wir effektive Präventions- und Kontrollmethoden finden.

Für die Bildung von schwarzem Nickel ist der Hauptzweck der Fertigungsstufe, die Plattierungslösung beizubehalten und die Prozesstemperatur zu steuern, so dass der Anteil von Nickel und Phosphor in der Plattierungsschicht im besten Zustand ist. Saures Goldwasser braucht auch gute Wartung, und es sollte rechtzeitig angepasst werden, wenn es zu korrosiv ist.

Für Benutzer,

1.Die beste Methode ist, ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) zu verwenden, um die Oberflächenbehandlung des Lötpads mikroskopisch zu beobachten, hauptsächlich, um zu überprüfen, ob es Risse in der Vergoldungsschicht gibt, und verwenden Sie EDS, um zu analysieren, ob der Anteil des Phosphors in der Vernickelungsschicht innerhalb des normalen Bereichs ist;

2.Second, können Sie ein typisches Lötpad wählen, das von Hand geschweißt wird und die Push-Pull-Stärke der Lötstelle messen. Wenn die Push-Pull-Stärke abnormal klein ist, kann es schwarzes Nickel geben;

3.Die letzte Methode ist, einen Säuregaskorrosionstest an ENIG-Proben durchzuführen. Wenn Pulver oder Verfärbungen auf der Oberfläche der ENIG-Probe gefunden werden, bedeutet dies, dass die Goldbeschichtung auf dem Pad gerissen ist, was die Möglichkeit von schwarzem Nickel bedeutet.

Unter diesen Methoden sollte die bequemste und schnellste Methode die zweite Methode sein,die einfach und einfach zu implementieren ist. Mit diesen Methoden können Probleme frühzeitig gefunden werden, bevor die ENIG-Leiterplatte verwendet wird, wodurch die Produktion einer großen Anzahl von Leiterplattenkomponenten mit Zuverlässigkeitsproblemen vermieden wird und somit der Verlust auf ein Minimum reduziert wird.

Für die Herstellung der phosphorreichen Schicht, wenn der Anteil von Phosphor und Nickel in der Vernickelungsschicht angemessen ist, ist es hauptsächlich, den Schweißprozess zu steuern, die Schweißzeit und -temperatur zu steuern und die Dicke der intermetallischen Schicht auf die besten 1-2 Mikrons (um), wenn zu dicke intermetallische Verbindung (IMC) produziert wird, ist eine zu dicke phosphorreiche Schicht gebunden, angereichert zu werden.