PCB Tecnico - 2 potenziali problemi dei cuscinetti PCB di trattamento superficiale ENIG?

Con la diffusione degli smartphone, la miniaturizzazione dei prodotti elettronici e i requisiti dell'UE per i processi senza piombo, il processo di trattamento superficiale dell'oro ad immersione al nichel (ENIG) è più semplice ed economico rispetto ad altri processi di trattamento superficiale. Inoltre, ha anche la sua eccellente ripetibilità, buona planarità, adatto per parti di piede sottile, stoccaggio a lungo termine e non facile da ossidare. Pertanto, sempre più prodotti elettronici scelgono ENIG come loro trattamento superficiale PCB.

Pertanto, quando molte persone trovano parti cadute o scarsa saldabilità quando utilizzano il trattamento superficiale ENIG (nichel immersione oro) sulla scheda PCB, il primo problema che viene in mente è solitamente "nichel nero" noto anche come "pad nero". Tuttavia, sembra che poche persone capiscano davvero cosa si intende per "black nickel" o "black pad", quindi questo articolo cerca di discutere il "black nickel" o "black pad" di ENIG dal punto di vista della comprensione degli orsi funzionanti.

Il "nichel nero" di ENIG ha fondamentalmente due componenti principali: "fosforo" e "ossido di nichel".

"Fosforo" proviene dallo strato di nichelatura elettroless. Nel successivo processo di sostituzione di "oro" e nichel chimico, perché "fosforo" non reagisce, rimarrà tra lo strato d'oro e lo strato di nichel per formare P-ricco. Strato, e infine formare il risultato di fragilità sulla forza di saldatura.

"Ossido di nichel" è fondamentalmente composto da una formula chimica complessa di NixOy (x e y sono numeri). La ragione fondamentale è che la superficie del nichel subisce eccessiva reazione di ossidazione durante la reazione di sostituzione dell'oro ad immersione sulla superficie del nichel (nichel metallico diventa ioni di nichel) È "ossidazione" in senso lato), e la deposizione irregolare di atomi "d'oro" molto grandi (raggio dell'atomo dell'oro 144pm) provoca la formazione di composizioni grezze, sciolte e porose del grano di cristallo, il che significa che lo strato "d'oro" non può essere completamente coperto. Rimanendo allo strato inferiore "nichel" consente allo strato di nichel di essere esposto all'aria per continuare la sua ossidazione, così la ruggine di nichel si forma gradualmente sotto lo strato "oro", che alla fine ostacola la saldatura.

Poiché la maggior parte della saldatura, come SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg, ecc., sono fondamentalmente basati su stagno (Sn), quando il circuito stampato è riscaldato dal forno di riflusso, Sn e ENIG nichel (Ni) formeranno Ni3Sn4 IMC (composti comuni). Se lo strato di nichel è ossidato, sarà difficile formare IMC ideale. Anche se può essere appena formato, l'IMC è intermittente e irregolare. Ciò farà diminuire la forza di saldatura, proprio come un muro di mattoni o mattoni rivestiti di cemento. Il cemento tra il muro e il muro di mattoni è come IMC. Se alcuni luoghi non sono rivestiti di cemento, la forza del muro diventerà fragile. Questa è la stessa ragione.

In realtà, il trattamento superficiale dei circuiti stampati ha anche "oro palladio immerso in nichel ((ENEPIG)"), e questo tipo di trattamento superficiale può efficacemente sopprimere il problema della generazione di "nichel nero / pad nero", ma perché il suo costo è relativamente costoso, è attualmente adottato solo da bordo di fascia alta, CSP o industria BGA.

Due potenziali problemi dei cuscinetti ENIG e la loro prevenzione

Processo di base dell'ENIG

Uno dei maggiori vantaggi del trattamento superficiale ENIG dei circuiti stampati PCB è il semplice processo di produzione del circuito stampato. In linea di principio, solo due pozioni chimiche (nichelatura elettrolitica e acqua acida d'oro) possono essere utilizzate per completare, naturalmente, altre pozioni sono necessarie. Il processo di trattamento superficiale di ENIG è generalmente quello di fare prima la deposizione chimica di nichel sul pad di rame e controllare lo spessore dello strato di nichel controllando il tempo e la temperatura; Quindi utilizzare l'attività di nichel fresco appena depositata per immergere il nickel pad in acqua acida dorata. La reazione chimica di spostamento sostituisce l'oro dalla soluzione alla superficie del pad e parte del nichel sulla superficie si dissolve nell'acqua d'oro. Il "oro" sostituito coprirà gradualmente lo strato di nichel fino a quando lo strato di nichel non è completamente coperto, la reazione di sostituzione si fermerà automaticamente e il processo può essere completato dopo aver pulito lo sporco sulla superficie del pad. In questo momento, lo strato placcato in oro è di solito solo circa 0.05um (2u") o più sottile, quindi il processo ENIG è molto facile da controllare e relativamente basso costo (rispetto al nichel elettroplaccato e oro).

La formazione e il danno del nichel nero

La qualità dello strato di nichel dipende principalmente dalla formula della soluzione di nichelatura e dal controllo della temperatura durante la deposizione chimica e, naturalmente, ha anche una certa relazione con il processo di trattamento dell'acqua dell'oro acido. Il processo di nichelatura elettroless è quello di ottenere lo strato di placcatura attraverso la reazione autocatalitica di ipofosfito e sale di nichel sulla superficie del pad. Lo strato di placcatura conterrà una certa quantità di "fosforo (P)". Molti studi hanno dimostrato che il fosforo (P) nello strato di placcatura è normale La proporzione dovrebbe essere compresa tra il 7% e il 10%. Se la formulazione della soluzione di placcatura non può essere mantenuta immediatamente o la temperatura è fuori controllo, il tenore di fosforo diverrà da questo intervallo normale. Quando il contenuto di fosforo è basso, il rivestimento sarà molto facile Quando il contenuto di fosforo è alto, la durezza del rivestimento formato aumenterà significativamente, il che ridurrà la sua saldabilità e influenzerà seriamente la formazione di giunti di saldatura affidabili. Se il contenuto di fosforo nello strato di nichelatura è basso e la placcatura d'oro della reazione di sostituzione chimica non è correttamente elaborata, se si ottiene un gran numero di strati di placcatura d'oro incrinati, l'acqua acida dell'oro sarà inevitabilmente difficile da rimuovere nel processo di pulizia successivo, che porterà all'esposizione all'aria. La corrosione della nichelatura viene accelerata e infine si forma nichel nero, che è il cosiddetto cuscinetto di saldatura nero.

La formazione e il danno dello strato ricco di fosforo

Pastiglie di saldatura trattate in superficie ENIG, nel processo di saldatura, la lega reale con la pasta di saldatura è il "nichel" in ENIG e la sua lega tipica del composto intermetallico (IMC) è Ni3Sn4 e il fosforo nella nichelatura non partecipa Metallizzato, ma nello strato di nichel, il fosforo occupa una certa proporzione ed è distribuito uniformemente. In questo modo, dopo che il nichel partecipa alla lega, il fosforo locale in eccesso sarà arricchito e concentrato sul bordo dello strato di lega per formare uno strato ricco di fosforo. Se lo strato ricco di fosforo è troppo spesso,la sua forza sarà notevolmente ridotta. Quando il giunto di saldatura è colpito da stress esterno, deve essere distrutto prima dall'anello più debole e lo strato ricco di fosforo può essere l'anello più debole da distruggere per primo. L'affidabilità dei punti deve essere ovviamente influenzata.

Prevenzione e controllo dello strato ricco di nichel nero e fosforo

Sebbene la formazione di nichel nero e l'aspetto dello strato ricco di fosforo abbiano un forte occultamento,può essere difficile da rilevare e prevenire con mezzi generali. Ma quando comprendiamo le cause, possiamo trovare metodi efficaci di prevenzione e controllo.

Per la formazione di nichel nero, lo scopo principale della fase di fabbricazione è quello di mantenere la soluzione di placcatura e controllare la temperatura di processo, in modo che la proporzione di nichel e fosforo nello strato di placcatura sia nello stato migliore. Anche l'acqua acida dell'oro ha bisogno di buona manutenzione e dovrebbe essere regolata in tempo quando è troppo corrosiva.

Per gli utenti,

1. Il metodo migliore è quello di utilizzare un microscopio elettronico a scansione (SEM) per osservare il trattamento superficiale del cuscinetto di saldatura microscopicamente, principalmente per controllare se ci sono crepe nello strato di placcatura oro e utilizzare EDS per analizzare se la proporzione di fosforo nello strato di nichelatura è all'interno della gamma normale;

2. Secondariamente, è possibile scegliere un tipico pad di saldatura da saldare a mano e misurare la forza push-pull del giunto di saldatura. Quando la forza push-pull è risultata anormalmente piccola, ci può essere nichel nero;

3. L'ultimo metodo è quello di condurre una prova di corrosione del gas acido sui campioni ENIG. Se sulla superficie del campione ENIG si trova polvere o scolorimento, significa che il rivestimento d'oro sul pad è incrinato, il che significa la possibilità di nichel nero.

Tra questi metodi, il metodo più conveniente e più rapido dovrebbe essere il secondo metodo,che è semplice e facile da implementare. Con questi metodi, i problemi possono essere trovati presto prima dell'utilizzo del circuito ENIG, evitando la produzione di un gran numero di componenti del circuito con problemi di affidabilità, e quindi mantenendo la perdita al minimo.

Per la produzione dello strato ricco di fosforo, quando la proporzione di fosforo e nichel nello strato di nichelatura è appropriata, è principalmente per controllare il processo di saldatura, controllare il tempo e la temperatura di saldatura e controllare lo spessore dell'intermetallico al migliore 1-2 micron (um), quando viene prodotto un composto intermetallico troppo denso (IMC), lo strato troppo denso ricco di fosforo è destinato ad essere arricchito.