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Con la popularización de los teléfonos inteligentes, la miniaturización de los productos electrónicos y los requisitos de la UE para procesos sin plomo, el proceso de tratamiento superficial del oro por inmersión en níquel (ENIG) es más simple y barato que otros procesos de tratamiento superficial. Además, también tiene su excelente repetibilidad, buena planura, adecuada para piezas de pie delgado, almacenamiento a largo plazo y no fácil de oxidar. Por lo tanto, cada vez más productos electrónicos eligen ENIG como su tratamiento de superficie de PCB.
Por lo tanto, cuando muchas personas encuentran piezas caídas o mala soldabilidad cuando usan tratamiento superficial ENIG (oro de inmersión de níquel) en la placa de PCB, el primer problema que viene a la mente es generalmente "níquel negro" también conocido como "almohadilla negra". Sin embargo, parece que pocas personas realmente entienden lo que se quiere decir por "níquel negro" o "almohadilla negra", por lo que este artículo trata de discutir el "níquel negro" o "almohadilla negra" de ENIG desde la perspectiva de la comprensión de los osos trabajadores.
El "níquel negro" de ENIG básicamente tiene dos componentes principales: "fósforo" y "óxido de níquel".
El "fósforo" proviene de la capa de chapado de níquel sin electrodomésticos. En el proceso de sustitución posterior de "oro" y níquel químico, debido a que "fósforo" no reacciona, permanecerá entre la capa de oro y la capa de níquel para formar P-rico. Capa, y finalmente formar el resultado de la fragilidad en la resistencia de soldadura.
El "óxido de níquel" está básicamente compuesto por una fórmula química compleja de NixOy (x e y son números). La razón fundamental es que la superficie del níquel sufre una reacción de oxidación excesiva durante la reacción de sustitución de oro por inmersión en la superficie del níquel (el níquel metálico se convierte en iones de níquel). Es "oxidación" en un sentido amplio), y la deposición irregular de átomos de "oro" muy grandes (radio de átomo de oro 144pm) da como resultado la formación de disposiciones de granos de cristal rugosos, sueltos y porosos, lo que significa que la capa de "oro" no puede cubrirse completamente. Permanecer en la capa inferior de "níquel" permite que la capa de níquel se exponga al aire para continuar su oxidación, por lo que la oxidación de níquel se forma gradualmente bajo la capa de "oro", lo que eventualmente impide la soldadura.
Debido a que la mayoría de la soldadura, tal como SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg, etc., se basan básicamente en estaño (Sn), cuando la placa de circuito es calentada por el horno de reflujo, Sn y el níquel (Ni) de ENIG formarán Ni3Sn4 IMC (compuestos comunes). Si la capa de níquel se oxida, será difícil formar IMC ideal. Incluso si apenas se puede formar, el CMI es intermitente e irregular. Esto hará que la resistencia de soldadura disminuya, al igual que una pared de ladrillo o ladrillo recubierto con cemento. El cemento entre la pared y la pared de ladrillo es como IMC. Si algunos lugares no están recubiertos con cemento, la resistencia de la pared se volverá frágil. Esta es la misma razón.
De hecho, el tratamiento superficial de las placas de circuito también tiene "oro de paladio sumergido en níquel ((ENEPIG)"), y este tipo de tratamiento superficial puede suprimir eficazmente el problema de la generación de "níquel negro / almohadilla negra", pero debido a que su costo es relativamente caro, actualmente solo es adoptado por la industria de placas de gama alta, CSP o BGA.
Dos problemas potenciales de las almohadillas enig y su prevención
El proceso básico de ENIG
Una de las mayores ventajas del tratamiento de superficie de enig de la placa de circuito impreso es que el proceso de fabricación de la placa de circuito es simple. En principio, solo se pueden completar dos productos químicos (níquel químico y agua dorada ácida) y, por supuesto, se necesitan otros. El proceso de tratamiento de superficie de enig generalmente consiste en el recubrimiento químico de níquel en la almohadilla de cobre primero, controlando el espesor de la capa de níquel controlando el tiempo y la temperatura; Luego, la almohadilla de níquel se sumerge en agua de oro ácido con la actividad de níquel fresco recién depositada. La reacción de reemplazo químico reemplaza el oro de la solución a la superficie de la almohadilla, y parte del níquel de la superficie se disuelve en agua de oro. El "oro" reemplazado cubrirá gradualmente la capa de níquel hasta que la capa de níquel esté completamente cubierta, la reacción de reemplazo se detendrá automáticamente y se puede completar después de limpiar la suciedad de la superficie de la almohadilla. En este momento, la capa dorada suele ser de solo unos 0,05 um (2u ") o más delgada, por lo que el proceso enig es muy fácil de controlar y el costo es relativamente bajo (en comparación con el níquel y el oro).
La formación y el daño del níquel negro
La calidad de la capa de níquel depende principalmente de la fórmula del baño de níquel y el control de temperatura durante el proceso de deposición química, y por supuesto también tiene algo que ver con el proceso de tratamiento del agua de oro ácido. El proceso de recubrimiento químico de níquel consiste en obtener el recubrimiento a través de una reacción autocatalítica de hipofosfato y sal de níquel en la superficie de la almohadilla. El recubrimiento contendrá una cierta cantidad de "fósforo (p)". Muchos estudios han demostrado que el fósforo (p) en el recubrimiento es normal y la proporción debe oscilar entre el 7% y el 10%. Si la fórmula del baño no se puede mantener de inmediato o la temperatura está fuera de control, el contenido de fósforo se desviará de este rango normal. Cuando el contenido de fósforo es bajo, el recubrimiento se formará muy fácilmente. cuando el contenido de fósforo es alto, la dureza del recubrimiento formado aumentará significativamente, lo que reducirá su soldabilidad y afectará seriamente la formación de puntos de soldadura confiables. Si el contenido de fósforo en la capa de níquel es bajo y la reacción de reemplazo químico es inadecuada, si se obtiene una gran cantidad de capa de oro agrietada, es inevitable que el agua dorada ácida sea difícil de eliminar durante el proceso de limpieza posterior, lo que conduce a la exposición al aire. La corrosión de la capa de níquel se acelera y finalmente se forma níquel negro, la llamada almohadilla negra.
La formación y el daño de la capa rica en fósforo
La almohadilla tratada en la superficie de enig, durante el proceso de soldadura, la aleación que realmente se une a la pasta de soldadura es el "níquel" en enig, cuya aleación típica de compuesto intermetálico (imc) es ni3sn4, y el fósforo en el níquel no participa en la metalización, pero en la capa de níquel, el fósforo ocupa un cierto porcentaje y se distribuye uniformemente. De esta manera, después de que el níquel participa en la aleación, el exceso local de fósforo se enriquece y se concentra en el borde de la capa de aleación, formando una capa rica en fósforo. Si la capa rica en fósforo es demasiado gruesa, su resistencia se reducirá considerablemente. Cuando la soldadura se ve afectada por el estrés externo, primero debe comenzar a destruirse desde el eslabón más débil, y la capa rica en fósforo puede ser el eslabón más débil que se destruye primero. La fiabilidad de estos puntos definitivamente se verá afectada significativamente.
Prevención y control de la capa rica en níquel negro y fósforo
Aunque la formación de níquel negro y la aparición de la capa rica en fósforo tienen un fuerte ocultamiento, puede ser difícil de detectar y prevenir por medios generales. Pero cuando entendemos las causas, podemos encontrar métodos eficaces de prevención y control.
Para la formación de níquel negro, el objetivo principal de la fase de fabricación es mantener el baño y controlar la temperatura del proceso para que la proporción de níquel y fósforo en el recubrimiento esté en su mejor Estado. El agua dorada ácida también necesita un buen mantenimiento, y debe ajustarse a tiempo cuando la corrosividad es demasiado Fuerte.
Para los usuarios,
El mejor método es usar un microscopio electrónico de barrido (SEM) para observar el tratamiento superficial de la almohadilla de soldadura microscópicamente, principalmente para comprobar si hay grietas en la capa de chapado de oro y usar EDS para analizar si la proporción de fósforo en la capa de chapado de níquel está dentro del rango normal;
2. En segundo lugar, puede elegir una almohadilla de soldadura típica que se soldará a mano y medir la resistencia de empuje y tracción de la junta de soldadura. Cuando se encuentra que la resistencia de empuje-tracción es anormalmente pequeña, puede haber níquel negro;
El último método es llevar a cabo una prueba de corrosión de gas ácido en muestras ENIG. Si se encuentra polvo o decoloración en la superficie de la muestra ENIG, significa que el recubrimiento de oro en la almohadilla está agrietado, lo que significa la posibilidad de níquel negro.
Entre estos métodos, el método más conveniente y rápido debe ser el segundo método, que es sencillo y fácil de implementar. Con estos métodos, se pueden detectar problemas temprano antes de que se utilice la placa de circuito ENIG, evitando la producción de un gran número de componentes de la placa de circuito con problemas de fiabilidad y, por lo tanto, manteniendo la pérdida al mínimo.
Para la producción de capas ricas en fósforo, cuando la proporción de fósforo y níquel en la capa de níquel es adecuada, se trata principalmente de controlar el proceso de soldadura, controlar el tiempo y la temperatura de soldadura, y controlar el espesor del compuesto intermetálico en la mejor de 1 - 2 micras (um), cuando se produce un compuesto intermetálico demasiado grueso (imc), La capa rica en fósforo demasiado gruesa inevitablemente se enriquecerá.
