Технология PCB - Две потенциальные проблемы с обработкой поверхностей ENIG PCB - дисков?

Благодаря популярности смартфонов, миниатюризации электроники и требованиям ЕС к неэтилированным процессам, процесс обработки поверхности с никелевым выщелачиванием (ENIG) проще и дешевле, чем другие процессы обработки поверхности. Кроме того, он обладает отличной повторяемостью, хорошей выравниванием, подходит для тонких деталей ног, долго хранится и не легко окисляется. Поэтому все больше и больше электроники выбирают ENIG в качестве обработки поверхности PCB.

Поэтому, когда многие люди обнаруживают, что детали падают или плохо свариваются при обработке поверхностей с использованием ENIG (никелевое погружение) на пластине pcb, первой проблемой, которая приходит на ум, часто является « черный никель», также известный как « черный сварочный диск». Тем не менее, кажется, что мало кто действительно понимает смысл « черного никеля» или « черной подушки», поэтому в этой статье делается попытка обсудить « черный никель» или « черную прокладку» ENIG с точки зрения понимания рабочего медведя.

« Черный никель» ENIG в основном состоит из двух основных компонентов: « фосфор» и « оксид никеля».

« Фосфор» происходит из химического никелевого покрытия. В последующем процессе замены "золота" и химического никеля, так как "фосфор" не реагирует, он остается между слоями золота и никеля, образуя богатый фосфором. Слой, который в конечном итоге образует влияние хрупкости на прочность сварки.

« Оксид никеля» в основном состоит из сложной химической формулы NixOy (x и y - числа). Основная причина заключается в том, что поверхность никеля испытывает чрезмерную окислительную реакцию (металлический никель превращается в ионы никеля) во время реакции замещения золотом, которая является « окислением» в широком смысле, и нерегулярное осаждение очень больших « золотых» атомов (радиус атома золота 144pm) приводит к образованию шероховатого, рыхлого и пористого расположения зерна, что означает, что « золотой» слой не может быть полностью покрыт. Слой "никеля", который остается на дне, подвергает никелевый слой воздействию воздуха и продолжает окисляться, поэтому ржавчина никеля постепенно образуется под слоем "золота", что в конечном итоге препятствует сварке.

Поскольку большинство припоев, таких как SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg и т. Д. В основном основаны на олове (Sn), никель (Ni) из Sn и ENIG образует Ni3Sn4 IMC (общее соединение), когда плата нагревается в печи обратного тока. Если никелевый слой окисляется, будет трудно сформировать идеальный IMC. Даже если он практически не формируется, IMC является прерывистым и неравномерным. Это приведет к снижению прочности сварки, как кирпичные стены или кирпичи, покрытые цементом. Цемент между стеной и кирпичной стеной похож на IMC. Если некоторые места не покрыты цементом, прочность стен становится хрупкой. По той же причине.

На самом деле, обработка поверхности платы также имеет « никель - палладий (ENEPIG»), эта обработка поверхности может эффективно подавлять проблемы, возникающие из « черного никеля / черного сварочного диска», но из - за его относительно высокой стоимости в настоящее время используется только в высококачественных платах, CSP или BGA промышленности.

Две потенциальные проблемы со сварочными дисками ENIG и их профилактика

Основные процессы ENIG

Одним из самых больших преимуществ обработки поверхности PCB - платы ENIG является простой процесс изготовления платы. В принципе, только два химических препарата (химическое никелирование и кислая золотая вода) могут быть завершены, и, конечно же, необходимы другие. Процесс обработки поверхности ENIG обычно начинается с химического никелирования на медном сварном диске и регулирует толщину никелевого слоя путем регулирования времени и температуры; Затем никелевая прокладка погружается в кислую золотую воду с использованием свежей никелевой активности, которая только что была осаждена. Химическая реакция замещения заменяет золото из раствора на поверхность сварочного диска, а часть никеля на поверхности растворяется в золотой воде. Заменяемое « золото» постепенно покрывает никелевый слой до тех пор, пока никелевый слой не будет полностью покрыт, реакция замены автоматически прекращается и может быть завершена после очистки поверхности сварочного диска от грязи. На этом этапе позолоченное покрытие обычно составляет всего 0,05um (2u ") около или тоньше, поэтому процесс ENIG очень легко контролировать и относительно недорого (по сравнению с гальваническим никелем и золотом).

Формирование черного никеля и его опасность

Качество никелевого слоя в основном зависит от состава никелевого покрытия и контроля температуры во время химического осаждения, а также, конечно же, от процесса обработки кислой золотой воды. Процесс химического никелирования заключается в получении покрытия в результате самокаталитической реакции субфосфатов и никелевых солей на поверхности сварного диска. Покрытие будет содержать определенное количество "фосфора (П)". Многие исследования показывают, что фосфор (P) в покрытии является нормальным, и соотношение должно составлять от 7% до 10%. Если состав покрытия не может быть сохранен немедленно или температура выходит из - под контроля, содержание фосфора будет отклоняться от нормального диапазона. При низком содержании фосфора покрытие будет очень легко формироваться. При более высоком содержании фосфора твердость образующегося покрытия значительно возрастет, что снизит его свариваемость и серьезно повлияет на формирование надежных сварных точек. Если содержание фосфора в никелевом покрытии невелико, химическая реакция замещения неправильно обрабатывается, а при получении большого количества треснувшего покрытия неизбежно будет трудно удалить кислотную золотую воду во время последующей очистки, что приведет к воздействию воздуха. Коррозия никелевого покрытия ускоряется и в конечном итоге образует черный никель, так называемый черный сварочный диск.

Образование богатого фосфором слоя и его опасность

Сварочный диск, обработанный поверхностью ENIG, во время сварки сплав, который действительно связывается с пастой, является « никелем» в ENIG, его типичным сплавом межметаллического соединения (IMC) является Ni3Sn4, а фосфор в никелировании не участвует в металлизации, но в никелевом слое фосфор занимает определенную долю и равномерно распределен. Таким образом, после того, как никель участвует в сплавлении, местный избыток фосфора обогащается и концентрируется на краю слоя сплава, образуя богатый фосфором слой. Если богатый фосфором слой слишком толстый, его прочность будет значительно снижена. Когда точка сварки подвергается воздействию внешних напряжений, разрушение должно начинаться сначала с самого слабого звена, и наиболее слабым звеном, которое может быть разрушено первым, является фосфорный слой. Надежность этих точек, безусловно, пострадает.

Борьба с обогащением фосфора черным никелем

Хотя образование черного никеля и появление богатого фосфором слоя являются очень скрытыми, их трудно обнаружить и предотвратить общими средствами. Но когда мы понимаем причины, мы можем найти эффективные способы профилактики и контроля.

Для образования черного никеля основная цель этапа изготовления заключается в поддержании покрытия и контроле технологической температуры, чтобы обеспечить оптимальное соотношение никеля и фосфора в покрытии. Кислотная золотая вода также нуждается в хорошем обслуживании, коррозионная способность слишком сильна, чтобы быть скорректированной вовремя.

Для пользователей,

Оптимальным методом является наблюдение за поверхностной обработкой сварного диска под микроскопом с помощью сканирующего зеркала (SEM), главным образом для проверки трещин в позолоченном слое, и для анализа соотношения фосфора в никелевом слое с использованием EDS в нормальном диапазоне;

Во - вторых, вы можете выбрать типичный сварочный диск для ручной сварки и измерить прочность выталкивания точки сварки. При обнаружении необычной интенсивности выталкивания в течение часа может быть черный никель;

3. Последним методом является испытание проб ENIG на коррозию кислотным газом. Если на поверхности образца ENIG обнаружен порошок или обесцвечивание, это означает, что золотое покрытие на сварном диске лопнуло, что означает возможность появления черного никеля.

Из этих методов наиболее удобным и быстрым должен быть второй, который прост в использовании. Благодаря этим методам проблема может быть обнаружена заблаговременно до использования платы ENIG, избегая производства большого количества компонентов платы с проблемами надежности, тем самым сводя к минимуму потери.

Для производства богатых фосфором слоев, когда соотношение фосфора и никеля в покрытом никелем слое является подходящим, основное внимание уделяется управлению процессом сварки, контролю времени и температуры сварки и контролю толщины межметаллических соединений на оптимальном уровне 1 - 2 мкм (м), при производстве чрезмерно толстых межметаллических соединений (ММК), которые неизбежно обогащаются.