Technologie PCB - 2 problèmes potentiels des plaquettes de traitement de surface ENIG?

Avec la popularisation des smartphones, la miniaturisation des produits électroniques et les exigences de l'UE en matière de procédés sans plomb, le processus de traitement de surface de l'or immergé en nickel (ENIG) est plus simple et moins coûteux que d'autres procédés de traitement de surface. En outre, il a également son excellente répétibilité, bonne aplatitude, convient pour les pièces à pieds minces, stockage à long terme et pas facile à oxyder. Par conséquent, de plus en plus de produits électroniques choisissent ENIG comme traitement de surface de PCB.

Par conséquent, lorsque beaucoup de gens trouvent des pièces qui tombent ou qui sont mal soudables lorsqu’ils utilisent un traitement de surface enig (nickel DIP Gold) sur une carte PCB, le premier problème qui vient à l’esprit est souvent le « nickel noir», également appelé « Black pad». Cependant, il semble que peu de gens comprennent vraiment ce que signifie « nickel noir» ou « coussin noir», de sorte que cet article tente de discuter du « nickel noir» ou « coussin noir» de l'enig du point de vue de la compréhension de l'ours de travail.

Le « nickel noir » d’enig a essentiellement deux composants principaux: « phosphore » et « oxyde de nickel ».

Le "phosphore" provient de la couche de nickelage sans électro. Dans le processus de remplacement ultérieur de l'"or" et du nickel chimique, parce que le "phosphore" ne réagit pas, il restera entre la couche d'or et la couche de nickel pour former une couche riche en P. Couche, et enfin former le résultat de la fragilité sur la résistance à la soudure.

L'oxyde de nickel est essentiellement constitué d'une formule chimique complexe nixoy (X et y sont des nombres). La raison en est que la surface du nickel subit une réaction d'oxydation excessive (nickel métallique transformé en ions nickel) au cours de la réaction de déplacement par imprégnation d'or, qui est une "oxydation" au sens large, le dépôt irrégulier d'atomes "d'or" très importants (rayon des atomes d'or 144pm) conduisant à la formation d'un arrangement granulaire grossier, lâche et poreux, ce qui signifie que la couche "d'or" ne peut pas être entièrement recouverte. La couche de "NICKEL" qui reste au fond laisse la couche de nickel exposée à l'air pour continuer l'oxydation, de sorte que la rouille de nickel se forme progressivement sous la couche d '"or" qui finit par entraver la soudure.

Comme la plupart des soudures, telles que SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg, etc., sont essentiellement à base d'étain (Sn), lorsque la carte de circuit est chauffée par le four à reflux, le Sn et le nickel (Ni) d'ENIG formeront Ni3Sn4 IMC (composés communs). Si la couche de nickel est oxydée, il sera difficile de former IMC idéal. Même s'il peut à peine se former, le CMI est intermittent et inégal. Cela fera diminuer la résistance au soudage, tout comme un mur en brique ou une brique revêtue de ciment. Le ciment entre le mur et le mur en brique est comme IMC. Si certains endroits ne sont pas recouverts de ciment, la résistance du mur deviendra fragile. C'est la même raison.

En fait, le traitement de surface des cartes de circuits a également "or de palladium immergé en nickel ((ENEPIG)"), et ce type de traitement de surface peut efficacement supprimer le problème de la génération de "nickel noir / tampon noir", mais parce que son coût est relativement cher, il est actuellement seulement adopté par l'industrie des cartes haut de gamme, CSP ou BGA.

Deux problèmes potentiels des tampons ENIG et leur prévention

Processus de base enig

L'un des plus grands avantages du traitement de surface enig pour carte PCB est la simplicité du processus de fabrication de la carte. En principe, seuls deux agents chimiques (nickelage chimique et eau d'or acide) peuvent être complétés et, bien sûr, d'autres agents sont nécessaires. Le processus de traitement de surface enig est généralement d'abord nickelé chimiquement sur les plots de cuivre, en contrôlant le temps et la température pour contrôler l'épaisseur de la couche de nickel; Le tampon de nickel est ensuite immergé dans de l'eau d'or acide à l'aide de l'activité de nickel frais qui vient d'être déposée. La réaction de déplacement chimique déplace l'or de la solution à la surface du plot, une partie du nickel de la surface étant dissoute dans l'eau d'or. L '"or" remplacé recouvre progressivement la couche de nickel jusqu'à ce qu'elle soit complètement recouverte, la réaction de remplacement s'arrête automatiquement et le nettoyage de la saleté de la surface du plot est terminé. À ce stade, le placage d'or est généralement d'environ 0,05 µm (2u ") ou plus mince, de sorte que le processus enig est très facile à contrôler et relativement peu coûteux (par rapport au nickel et à l'or plaqués).

La formation et les dommages du nickel noir

La qualité de la couche de nickel dépend principalement de la formulation de la liqueur de nickelage et du contrôle de la température lors du dépôt chimique, et bien sûr a également une certaine relation avec le processus de traitement de l'eau d'or acide. Le processus de nickelage chimique consiste à obtenir un placage par réaction autocatalytique d'hypophosphites et de sels de nickel à la surface des plots. Le placage contiendra une certaine quantité de « phosphore (p) ». De nombreuses études ont montré que le phosphore (p) dans le placage est normal et devrait être compris entre 7 et 10%. Si la formulation du placage n'est pas maintenue immédiatement ou si la température devient incontrôlable, la teneur en phosphore s'écarte de cette plage normale. Lorsque la teneur en phosphore est faible, le revêtement se formera très facilement. Lorsque la teneur en phosphore est élevée, la dureté du revêtement formé augmentera considérablement, ce qui réduira sa soudabilité et affectera gravement la formation de points de soudure fiables. Si la teneur en phosphore dans la couche de nickelage est faible, la réaction de déplacement chimique de l'or est mal traitée et si l'on obtient une couche de nickelage fortement fissurée, il est inévitablement difficile d'éliminer l'eau d'or acide lors du nettoyage ultérieur, ce qui entraîne une exposition à l'air. La corrosion de la couche nickelée s'accélère, aboutissant à la formation de nickel noir, ce que l'on appelle des plots noirs.

Formation d'une couche riche en phosphore et ses dangers

Les Plots traités en surface enig, dans le processus de soudage, l'alliage qui se lie vraiment à la pâte à souder est le « nickel» enig, dont l'alliage typique composé Intermétallique (IMC) est le ni3sn4, le phosphore dans le nickelage ne participe pas à la métallisation, mais dans la couche de nickel, le phosphore occupe une certaine proportion et est réparti uniformément. De cette façon, après la participation du nickel à l'alliage, l'excès local de phosphore s'enrichit et se concentre sur les bords de la couche d'alliage, formant une couche riche en phosphore. Si la couche riche en phosphore est trop épaisse, sa résistance sera considérablement réduite. Lorsque les points de soudure sont soumis à des contraintes externes, ils doivent d'abord être détruits à partir du maillon le plus faible, la couche riche en phosphore pouvant être le maillon le plus faible qui est détruit en premier. La fiabilité de ces points sera certainement affectée de manière significative.

Lutte contre la couche riche en phosphore de nickel noir

Bien que la formation de nickel noir et l'apparition de la couche riche en phosphore présentent une forte dissimulation, il peut être difficile de détecter et de prévenir par des moyens généraux. Mais lorsque nous comprenons les causes, nous pouvons trouver des méthodes efficaces de prévention et de contrôle.

Pour la formation de nickel noir, le but principal de l'étape de fabrication est de maintenir la solution de placage et de contrôler la température du processus, de sorte que la proportion de nickel et de phosphore dans la couche de placage soit dans le meilleur état. L'eau d'or acide a également besoin d'un bon entretien, et elle devrait être ajustée à temps quand elle est trop corrosive.

Pour les utilisateurs,

1.La meilleure méthode est d'utiliser un microscope électronique à balayage (SEM) pour observer le traitement de surface du tapis de soudure microscopiquement, principalement pour vérifier s'il y a des fissures dans la couche de plating d'or et utiliser EDS pour analyser si la proportion de phosphore dans la couche de plating de nickel est dans la plage normale;

2. Deuxièmement, vous pouvez choisir un pad typique pour le soudage à la main et mesurer la force de poussée et de traction du point de soudure. Il peut y avoir du nickel noir lorsqu'une force de poussée - traction anormale est trouvée;

3.La dernière méthode consiste à effectuer un essai de corrosion par gaz acide sur des échantillons ENIG. Si la poudre ou la décoloration est trouvée sur la surface de l'échantillon ENIG, cela signifie que le revêtement d'or sur le tampon est fissuré, ce qui signifie la possibilité de nickel noir.

Parmi ces méthodes, la plus pratique et la plus rapide devrait être la deuxième, qui est simple et facile. Grâce à ces méthodes, les problèmes peuvent être détectés tôt avant l'utilisation des cartes enig, ce qui permet d'éviter la production d'un grand nombre de composants de cartes présentant des problèmes de fiabilité, minimisant ainsi les pertes.

Pour la production de la couche riche en phosphore, lorsque la proportion de phosphore et de nickel dans la couche de nickelage est appropriée, il s'agit principalement de contrôler le processus de soudage, de contrôler le temps de soudage et la température, et de contrôler l'épaisseur de l'intermétallique au meilleur 1-2 microns (um), lorsque le composé intermétallique trop épais (IMC) est produit, la couche trop épaisse riche en phosphore doit être enrichie.