Teknik PCB - 2 masalah kemungkinan dari pads PCB pengobatan permukaan ENIG?

Dengan popularisasi telefon pintar, miniaturisasi produk elektronik dan keperluan EU untuk proses bebas lead, proses perawatan permukaan emas penyemburan nikel (ENIG) lebih mudah dan murah daripada proses perawatan permukaan lain. Selain itu, ia juga mempunyai kemudahan ulang yang baik, keseluruhan yang baik, sesuai untuk bahagian kaki tipis, penyimpanan jangka panjang dan tidak mudah untuk oksidasi. Oleh itu, lebih dan lebih produk elektronik memilih ENIG sebagai rawatan permukaan PCB mereka.

Oleh itu, apabila ramai orang mendapati bahagian yang jatuh atau kemudahan tentera yang buruk apabila menggunakan ENIG (nickel immersion gold) pengobatan permukaan pada papan pcb, masalah pertama yang datang ke fikiran adalah biasanya "nickel hitam" juga dikenali sebagai "pad hitam". Namun, nampaknya sedikit orang benar-benar memahami apa yang bermakna dengan "nickel hitam" atau "pad hitam", jadi artikel ini cuba untuk membincangkan "nickel hitam" atau "pad hitam" ENIG dari perspektif pemahaman beruang yang bekerja.

"nikel hitam" ENIG pada dasarnya mempunyai dua komponen utama: "fosfor" dan "oksid nikel".

"Fosfor" berasal dari lapisan nikel tanpa elektro. Dalam proses penggantian berikutnya "emas" dan nikel kimia, kerana "fosfor" tidak bereaksi, ia akan kekal di antara lapisan emas dan lapisan nikel untuk membentuk P-kaya. Lapisan, dan akhirnya membentuk hasil pelukan pada kekuatan penywelding.

"Oksida nikel" pada dasarnya terdiri dari formula kimia kompleks NixOy (x dan y adalah nombor). Alasan utama ialah permukaan nikel mengalami reaksi oksidasi yang berlebihan semasa reaksi penggantian emas menyelam di permukaan nikel (nikel metalik menjadi ion nikel) Ia adalah "oksidasi" dalam jangka luas), dan depositi yang tidak betul-betul atom "emas" yang sangat besar (radius atom emas 144 pm) mengakibatkan bentuk pengaturan biji kristal kasar, longgar dan porous, yang bermakna lapisan "emas" tidak boleh ditutup sepenuhnya. Tetap di lapisan bawah "nikel" membolehkan lapisan nikel dikekspos kepada udara untuk terus oksidasinya, jadi kering nikel secara perlahan-lahan membentuk di bawah lapisan "emas", yang akhirnya menghalangi penywelding.

Kerana kebanyakan tentera, seperti SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg, dll., pada dasarnya berdasarkan tin (Sn), apabila papan sirkuit dihangatkan oleh forn reflow, Sn dan nikel ENIG (Ni) akan membentuk Ni3Sn4 IMC (komponen umum). Jika lapisan nikel dioksidasi, ia akan sukar untuk membentuk IMC ideal. Walaupun ia hampir tidak boleh membentuk, IMC adalah secara terus-menerus dan tidak bersamaan. Ini akan menyebabkan kekuatan penywelding menurun, sama seperti dinding batu bata atau batu bata yang ditutup dengan simen. Simen antara dinding dan dinding batu bata seperti IMC. Jika beberapa tempat tidak dikelilingi dengan simen, kekuatan dinding akan menjadi lemah. Ini sebab yang sama.

Sebenarnya, perawatan permukaan papan sirkuit juga mempunyai "emas palladium terjun nikel ((ENEPIG)"), dan jenis perawatan permukaan ini dapat menekan secara efektif masalah generasi "nikel hitam/pad hitam", tetapi kerana biayanya adalah relatif mahal, ia kini hanya diterima oleh papan tinggi, CSP atau industri BGA.

Dua masalah potensi pads ENIG dan pencegahan mereka

Proses asas ENIG

Salah satu keuntungan terbesar dari perawatan permukaan ENIG papan litar PCB adalah proses penghasilan sederhana papan litar. Dalam prinsip, hanya dua ramuan kimia (platting nikel tanpa elektron dan air emas asam) boleh digunakan untuk menyelesaikan, tentu saja, ramuan lain diperlukan. Proses perawatan permukaan ENIG biasanya untuk membuat depositi nikel kimia pada pad tembaga, dan mengawal tebal lapisan nikel dengan mengawal masa dan suhu; kemudian gunakan aktiviti nikel segar yang baru saja ditempatkan untuk menyelam pad nikel dalam air emas asad. Reaksi pemindahan kimia menggantikan emas dari penyelesaian ke permukaan pad, dan sebahagian nikel di permukaan meleleh ke dalam air emas. "emas" yang digantikan akan secara perlahan menutupi lapisan nikel sehingga lapisan nikel sepenuhnya ditutup, tindakan penggantian akan berhenti secara automatik, dan proses boleh selesai selepas membersihkan tanah di permukaan pad. Pada masa ini, lapisan berwarna emas biasanya hanya kira-kira 0.05um (2u") atau lebih tipis, jadi proses ENIG sangat mudah untuk dikawal dan relatif rendah-kos (dibandingkan dengan nikel dan emas berwarna elektronik).

Bentuk dan kerosakan nikel hitam

Kualiti lapisan nikel terutamanya bergantung pada formula penyelesaian plating nikel dan kawalan suhu semasa depositi kimia, dan tentu saja ia juga mempunyai hubungan tertentu dengan proses perawatan air emas asid. Proses penutup nikel tanpa elektro adalah untuk mendapatkan lapisan penutup melalui reaksi autokatalitik hypophosphite dan garam nikel pada permukaan pad. Lapisan penapisan akan mengandungi jumlah tertentu "fosfor (P)". Banyak kajian telah menunjukkan bahawa fosfor (P) dalam lapisan plating adalah normal proporsi seharusnya antara 7% dan 10%. Jika formulasi penyelesaian plating tidak boleh dikekalkan secara segera atau suhu diluar kawalan, kandungan fosfor akan melebihi julat normal ini. Apabila kandungan fosfor rendah, penutup akan sangat mudah Apabila kandungan fosfor tinggi, kerasnya penutup bentuk akan meningkat secara signifikan, yang akan mengurangi keterbatasannya, dan akan mempengaruhi bentuk kongsi tentera yang boleh dipercayai. Jika kandungan fosfor dalam lapisan plating nikel rendah, dan tindakan kemikal penggantian plating emas tidak diproses dengan betul, jika jumlah besar lapisan plating emas retak diperoleh,air emas asid tidak dapat dihilangkan dalam proses pembersihan berikutnya, yang akan membawa kepada eksposisi kepada udara. Kerosakan penutup nikel dipercepat, dan akhirnya nikel hitam terbentuk, yang mana disebut pad tentera hitam.

Formasi dan kerosakan lapisan kaya fosfor

Pad tentera yang diperlakukan oleh permukaan ENIG, dalam proses tentera, ikatan sebenar dengan pasta tentera adalah "nikel" dalam ENIG, dan ikatan komponen intermetal biasa (IMC) adalah Ni3Sn4, dan fosfor dalam plating nikel tidak berpartisipasi Metallized, tetapi dalam lapisan nikel, fosfor mempunyai proporsi tertentu dan disebarkan secara evenly. Dengan cara ini, selepas nikel berpartisipasi dalam penyebaran, fosfor yang berlebihan setempat akan diperiksa dan berkonsentrasi pada pinggir lapisan penyebaran untuk membentuk lapisan yang kaya fosfor. Jika lapisan kaya fosfor terlalu tebal, kekuatannya akan dikurangi. Apabila kumpulan tentera diserang oleh tekanan luar, ia mesti dihancurkan dari pautan paling lemah dahulu, dan lapisan kaya fosfor mungkin pautan paling lemah untuk dihancurkan dahulu. Kekepercayaan titik mesti jelas terpengaruh.

Pencegahan dan kawalan lapisan nikel hitam dan kaya fosfor

Walaupun bentuk nikel hitam dan penampilan lapisan kaya fosfor mempunyai penyamaran yang kuat, ia mungkin sukar untuk mengesan dan mencegah dengan cara umum. Tetapi apabila kita memahami penyebab, kita boleh mencari cara pencegahan dan kawalan yang efektif.

Untuk bentuk nikel hitam, tujuan utama tahap penghasilan adalah untuk menyimpan penyelesaian plating dan mengawal suhu proses, sehingga proporsi nikel dan fosfor dalam lapisan plating adalah dalam keadaan yang terbaik. Air emas asid juga memerlukan penyelamatan yang baik,dan ia patut disesuaikan pada masa apabila ia terlalu kerosakan.

Untuk pengguna,

1.Kaedah terbaik ialah menggunakan mikroskop elektron imbas (SEM) untuk mengawasi rawatan permukaan pad tentera secara mikroskopik, terutamanya untuk memeriksa sama ada ada retak dalam lapisan plating emas, dan menggunakan EDS untuk menganalisis sama ada proporsi fosfor dalam lapisan plating nikel berada dalam julat normal;

2.Kedua, and a boleh memilih pad tentera biasa untuk diseweld dengan tangan dan mengukur kekuatan tarik-tolak joint tentera. Apabila kekuatan tarik-tolak ditemui yang tidak biasa kecil, mungkin ada nikel hitam;

3.Kaedah terakhir adalah untuk melakukan ujian kerosakan gas asid pada sampel ENIG. Jika bubuk atau perubahan warna ditemui di permukaan sampel ENIG, ia bermakna bahawa penutup emas pada pad telah retak, yang bermakna kemungkinan nikel hitam.

Di antara kaedah-kaedah ini, kaedah yang paling nyaman dan paling cepat sepatutnya adalah kaedah kedua, yang mudah dan mudah untuk dilaksanakan. Dengan kaedah-kaedah ini, masalah boleh ditemui awal sebelum papan sirkuit ENIG digunakan, menghindari produksi sejumlah besar komponen papan sirkuit dengan masalah kepercayaan, dan dengan itu menjaga kerugian kepada minimum.

Untuk produksi lapisan kaya fosfor,apabila proporsi fosfor dan nikel dalam lapisan platting nikel sesuai,ia adalah terutama untuk mengawal proses penywelding, mengawal masa penywelding dan suhu, dan mengawal tebal intermetal kepada 1-2 mikron terbaik (um),apabila komponen intermetal terlalu tebal (IMC) dihasilkan, lapisan yang kaya fosfor terlalu tebal terikat untuk diperiksa.