PCB 기술 - ENIG 표면 처리 PCB 용접 디스크의 2가지 잠재적 문제?

스마트폰의 보급, 전자제품의 소형화 및 유럽련합의 무연공법에 대한 요구에 따라 니켈침금 (ENIG) 의 표면처리공법은 기타 표면처리공법보다 더욱 간단하고 더욱 싸다.또한 우수한 반복성, 우수한 플랫함, 얇은 발 부품에 적합하고 장기간 보관되며 산화가 잘 되지 않습니다.따라서 점점 더 많은 전자 제품이 PCB 표면 처리로 ENIG를 선택하고 있습니다.

그러므로 많은 사람들이 판상에서 ENIG(니켈침금) 표면처리를 사용할 때 부품이 떨어지거나 용접성이 떨어지는 것을 발견했을 때 가장 먼저 떠오르는 문제는 흔히"흑니켈"이며"흑용접판"이라고도 한다.그러나'블랙 니켈'이나'블랙 패드'의 의미를 제대로 이해하는 사람은 거의 없는 것 같기 때문에 이 글은 작업 곰의 이해 차원에서 ENIG의'블랙 니켈 또는 블랙 패드'를 논의하고자 한다.

ENIG의"검은 니켈"은 기본적으로"인"과"산화 니켈"이라는 두 가지 주요 성분이 있습니다.

인은 화학 니켈 도금층에서 나온다.그후의"금"과 화학니켈의 치환과정에서"인"은 반응을 일으키지 않기 때문에 금층과 니켈층 사이에 머물러 부린을 형성한다.층을 나누면 마지막에 아삭아삭한 결과가 용접 강도에 영향을 미친다.

"산화 니켈"은 기본적으로 복잡한 화학식 NixOy로 구성되어 있습니다 (x와 y는 숫자입니다).근본 원인은 니켈 표면의 침금 치환 반응 과정에서 니켈 표면에 과도한 산화 반응 (금속 니켈은 니켈 이온으로 변한다), 이것은 넓은 의미의"산화"), 매우 큰"금"원자 (금 원자 반경 144pm) 의 불규칙한 퇴적은 거칠고 푸석푸석하고 다공성 결정 입자 배열을 형성하고,즉, 골드 레이어를 완전히 덮을 수 없습니다.바닥에 머물러 있는 니켈층은 니켈층을 공기 중에 노출시켜 계속 산화시킬 수 있기 때문에 니켈녹은 금층 아래에서 점차 형성되어 결국 용접을 방해한다.

SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg 등 대부분의 용접재는 기본적으로 주석 (Sn) 을 기반으로 하기 때문에 회로 기판이 환류로에 의해 가열되면 주석과 ENIG의 니켈 (Ni) 은 Ni3Sn4 IMC (일반 화합물) 를 형성합니다.니켈층이 산화되면 이상적인 IMC를 형성하기 어렵다.그것이 거의 형성되지 않더라도 IMC는 간헐적이고 고르지 않습니다.이로 인해 벽돌 벽이나 시멘트가 칠해진 벽돌처럼 용접 강도가 낮아집니다.벽과 벽돌 벽 사이의 시멘트는 IMC와 같습니다.시멘트를 바르지 않는 곳이 있으면 벽의 강도가 약해진다.이 역시 같은 이유다.

실제로 회로기판의 표면처리에도"니켈침팔라듐금 (ENEPIG)") 이 있는데 이런 표면처리는"흑니켈/흑용접판"에서 발생하는 문제를 효과적으로 억제할수 있지만 그 원가가 상대적으로 비싸기 때문에 현재 고급판, CSP 또는 BGA 업종만이 채용하고있다.

ENIG 용접 디스크의 두 가지 잠재적 문제 및 예방

ENIG 기본 프로세스

ENIG가 PCB 회로기판을 표면 처리하는 가장 큰 장점 중 하나는 회로기판의 제조 공정이 간단하다는 것이다.원칙적으로 두 종류의 화학 약제 (니켈 화학 도금과 산성 금수) 만 사용하면 완성할 수 있으며, 물론 다른 약제도 필요하다.ENIG 표면처리 공정은 일반적으로 먼저 구리 용접판에 니켈을 화학적으로 도금하여 시간과 온도를 제어하여 니켈층의 두께를 제어한다;그리고 방금 퇴적된 신선한 니켈활성을 사용하여 니켈패드를 산성금수에 담갔다.화학치환반응은 용액에서 용접판 표면으로 금을 치환하고 표면의 일부 니켈은 금수에 용해된다.교체된"금"은 니켈층이 완전히 덮일 때까지 점차 니켈층을 덮게 되며 교체반응은 자동으로 중지되고 용접판 표면의 때를 씻은후 이 과정을 완성할수 있다.이때 도금층은 보통 약 0.05um(2u") 또는 더 얇기 때문에 ENIG 공정은 쉽게 제어할 수 있고 원가가 상대적으로 낮다(니켈 도금과 금상비).

흑니켈의 형성 및 그 위해

니켈층의 질량은 주로 니켈도금용액의 조제방법과 화학적퇴적과정에서의 온도통제에 의해 결정된다. 물론 이는 산성금수처리공정과도 일정한 관계가 있다.화학 니켈 도금의 공정은 차인산염과 니켈염이 용접판 표면의 자체 촉매 반응을 통해 도금층을 얻는 것이다.도금층에는 일정량의 인(P)이 함유될 것이다.많은 연구에 따르면 도금층의 인 (P) 은 정상이며 그 비율은 7~10% 사이여야 한다.만약 도금 용액의 처방이 즉시 유지되지 않거나 온도가 통제되지 않으면 인 함량은 이 정상적인 범위에서 벗어난다.인 함량이 낮을 때 코팅층은 인 함량이 높을 때 형성된 코팅층의 경도가 현저하게 증가하여 용접성을 떨어뜨리고 신뢰할 수 있는 용접점의 형성에 심각한 영향을 줄 것이다.니켈 도금층의 인 함량이 낮고 화학적 치환 반응으로 도금이 적절하게 처리되지 않은 경우, 갈라진 도금층을 많이 확보하면 이후 청소 과정에서 산성 금수는 불가피하게 제거하기 어려워 공기 중에 노출될 수 있다. 니켈 도금층의 부식이 가속화되고,마지막으로 검은 니켈, 즉 이른바 검은 용접판을 형성한다.

부린층의 형성과 그 위해

ENIG 표면은 용접판을 처리하는데, 용접 과정에서 용접고와의 진정한 합금은 ENIG 중의"니켈"이며, 그 전형적인 금속 간 화합물 (IMC) 합금은 Ni3Sn4이며, 니켈 도금 중의 인은 금속화에 참여하지 않지만, 니켈 층에서는 인이 일정한 비율을 차지하고 균일하게 분포한다.이렇게 하면 니켈이 합금화에 참여하면 국부적으로 여분의 인이 풍부해지고 합금층의 가장자리에 집중되여 부린층이 형성된다.만약 부린층이 너무 두껍다면 그 강도는 크게 낮아질 것이다.용접점이 외부응력의 충격을 받았을 때 반드시 먼저 가장 약한 고리에서 파괴해야 하는데 부린층은 가장 약한 고리일수도 있다.이 점들의 신뢰성은 분명히 뚜렷한 영향을 받을 것이다.

흑색 부니켈린층의 예방 치료

비록 흑니켈의 형성과 부린층의 출현은 아주 강한 은페성을 갖고있지만 일반적인 수단을 통해 검측하고 예방하기 어려울수도 있다.그러나 원인을 이해하면 효과적인 예방 및 통제 방법을 찾을 수 있습니다.

흑니켈의 형성에 대해 제조단계의 주요목적은 도금액과 제어공예온도를 유지하여 도금층의 니켈과 인의 비률을 가장 좋은 상태에 놓이게 하는것이다.산성 금수도 양호한 유지보수가 필요하며, 부식성이 너무 강할 때는 제때에 조정해야 한다.

사용자의 경우

1.가장 좋은 방법은 스캔 전자 현미경 (SEM) 으로 용접판의 표면 처리 상황을 미시적으로 관찰하고, 주로 도금층에 균열이 있는지 검사하며, EDS로 니켈도금층의 인의 비율이 정상 범위 내에 있는지 분석한다;

2. 둘째, 전형적인 용접판을 선택하여 수공 용접을 하고 용접점의 밀림 강도를 측정할 수 있다.밀기 강도 이상 시간이 발견되면 검은 니켈이 존재할 수 있습니다.

마지막 방법은 ENIG 샘플에 대한 산성 가스 부식 시험을 수행하는 것입니다.ENIG 시료 표면에서 분말 또는 변색이 발견되면 용접판의 금 코팅이 파열되어 검은 니켈이 존재할 수 있음을 의미합니다.

이러한 방법 중에서 가장 편리하고 가장 빠른 방법은 두 번째 방법일 것이다. 그것은 간단하고 실현하기 쉽다.이러한 방법을 통해 ENIG 보드를 사용하기 전에 가능한 한 빨리 문제를 발견할 수 있어 신뢰성 문제가 있는 보드 구성 요소의 대량 생산을 피할 수 있어 손실을 최소화할 수 있습니다.

부린층 생산의 경우 니켈도금층에서 인과 니켈의 비율이 적합할 때 주로 용접공정을 제어하고 용접시간과 온도를 제어하며 금속간 화합물의 두께를 최적 1~2마이크로미터(um), 과후한 금속간 화합물(IMC)이 발생할 경우지나치게 두꺼운 부린층은 필연적으로 풍부해질 것이다.