Leiterplattentechnisch - 2 mögliche Probleme der ENIG Oberflächenbehandlung PCB Pads?

Mit der Popularisierung von Smartphones, der Miniaturisierung von Elektronikprodukten und den Anforderungen der EU an bleifreie Prozesse ist der Oberflächenbehandlungsprozess von Nickel-Immersionsgold (ENIG) einfacher und billiger als andere Oberflächenbehandlungsprozesse. Darüber hinaus hat es auch seine ausgezeichnete Wiederholbarkeit, gute Ebenheit, geeignet für Dünnfüßteile, Langzeitlagerung und nicht leicht zu oxidieren. Deshalb wählen immer mehr Elektronikprodukte ENIG als Oberflächenbehandlung für PCB.

Daher, wenn viele Leute Teile fallen oder schlechte Lötbarkeit bei der Verwendung von ENIG (Nickel Immersion Gold) Oberflächenbehandlung auf der Leiterplatte finden, ist das erste Problem, das in der Regel "schwarzes Nickel" auch als "schwarzes Pad" bekannt ist. Es scheint jedoch, dass nur wenige Leute wirklich verstehen, was mit "schwarzem Nickel" oder "schwarzem Pad" gemeint wird, daher versucht dieser Artikel, ENIGs "schwarzes Nickel" oder "schwarzes Pad" aus der Perspektive des Verständnisses der Arbeitsbären zu diskutieren.

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

"Phosphor" stammt aus der elektrolosen Nickelschicht. Im anschließenden Ersatzprozess von "Gold" und chemischem Nickel, weil "Phosphor" nicht reagiert, bleibt er zwischen der Goldschicht und der Nickelschicht, um P-reich zu bilden. Schicht und schließlich bilden das Ergebnis der Verbrechung auf der Schweißfestigkeit.

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

Da die meisten Löte wie SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg usw. grundsätzlich auf Zinn (Sn) basieren, bildet Sn und ENIGs Nickel (Ni), wenn die Leiterplatte durch den Rückstromofen erhitzt wird, Ni3Sn4 IMC (Common Compounds). Wenn die Nickelschicht oxidiert wird, wird es schwierig sein, eine ideale IMC zu bilden. Auch wenn es kaum gebildet werden kann, ist der IMC intermittierend und ungleichmäßig. Dies wird dazu führen, dass die Schweißfestigkeit abnimmt, genau wie eine Ziegelwand oder Ziegel mit Zement beschichtet. Der Zement zwischen der Wand und der Ziegelwand ist wie IMC. Wenn einige Orte nicht mit Zement beschichtet sind, wird die Festigkeit 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

Grundprozess von 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).

Bildung und Schaden 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 Schäden der phosphorreichen Schicht

ENIG oberflächenbehandelte Lötpolster, im Lötprozess, die echte Legierung mit der Lötpaste ist das "Nickel" in ENIG, und seine typische intermetallische Verbindung (IMC) Legierung ist Ni3Sn4, und der Phosphor in der Nickelbeschichtung nicht teilnimmt Metallisiert, aber in der Nickelschicht nimmt Phosphor einen bestimmten Anteil ein und ist gleichmäßig verteilt. Auf diese Weise wird nach Beteiligung des Nickels an der Legierung der lokale überschüssige Phosphor angereichert und auf den Rand der Legierungsschicht zu einer phosphorreichen Schicht konzentriert. Wenn die phosphorreiche Schicht zu dick ist, wird ihre Festigkeit stark reduziert. Wenn das Lötgelenk durch äußere Spannung beeinflusst wird, muss es zuerst vom schwächsten Glied zerstört werden, und die phosphorreiche Schicht kann das schwächste Glied sein, das zuerst zerstört wird. Die Zuverlässigkeit der Punkte muss offensichtlich 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 Herstellungsstufe, die Beschichtungslösung aufrechtzuerhalten und die Prozesstemperatur zu kontrollieren, so dass der Anteil an Nickel und Phosphor in der Beschichtungsschicht im besten Zustand ist. Saueres Goldwasser braucht auch eine gute Wartung, und es sollte rechtzeitig angepasst werden, wenn es zu korrosiv ist.

Für Nutzer,

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. Zweitens können Sie ein typisches Lötpolster wählen, das von Hand verschweißt werden soll, und die Schub-Zugfestigkeit des Lötgelenks messen. Wenn sich die Schub-Ziehfestigkeit als abnormal klein erweist, kann es schwarzes Nickel geben;

3. Die letzte Methode besteht darin, einen sauren Gaskorrosionstest auf ENIG-Proben durchzuführen. Wenn Pulver oder Verfärbung auf der Oberfläche der ENIG-Probe gefunden wird, 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 an Phosphor und Nickel in der Nickelschicht angemessen ist, ist es hauptsächlich, den Schweißprozess zu steuern, die Schweißzeit und die Temperatur zu steuern und die Dicke des Intermetallischen auf die besten 1-2 Mikron (um) zu steuern, wenn zu dicke Intermetallische Verbindung (IMC) hergestellt wird, muss zu dicke phosphorreiche Schicht angereichert werden.