Технология PCB - 2 потенциальные проблемы обработки поверхности ПХД ENIG?

С популяризацией смартфонов, миниатюризацией электронных изделий и требованиями ЕС к безсвинцовым процессам процесс поверхностной обработки никелевого погруженного золота (ENIG) проще и дешевле, чем другие процессы поверхностной обработки. Кроме того, он также имеет отличную повторяемость, хорошую плоскость, подходит для тонких деталей, долгосрочное хранение и не легко окисляется. Поэтому все больше и больше электронных продуктов выбирают ENIG в качестве поверхностной обработки ПХД.

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 от слоя безэлектрического никелирования. В последующем процессе замены «золота» и химического никеля, поскольку «фосфор» не реагирует, он останется между золотым слоем и слоем никеля, чтобы образовать P-богатый. Слой, и наконец образуют результат хрупкости на прочность сварки.

"Оксид никеля" в основном состоит из сложной химической формулы NixOy (x и y являются числами). Основная причина заключается в том, что поверхность никеля подвергается чрезмерной реакции окисления во время реакции замены золота на поверхности никеля (металлический никель становится ионами никеля) Это "окисление" в широком смысле), а нерегулярное осаждение очень больших атомов "золота" (радиус атома золота 144pm) приводит к образованию грубых, свободных и пористых расположений кристаллических зерен, что означает, что слой "золота" не может быть полностью покрыт. Оставаясь в нижнем слое "никеля" позволяет слою никеля подвергаться воздействию воздуха для продолжения его окисления, поэтому никель постепенно образуется под слоем "золота", что в конечном итоге препятствует сварке.

Поскольку большинство паек, таких как SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg и т.д., в основном основаны на олове (Sn), когда плата схем нагревается печью для повторного потока, Sn и никель (Ni) ENIG образуют Ni3Sn4 IMC (общие соединения). Если слой никеля окисляется, будет трудно сформировать идеальный ИМК. Даже если он едва может сформироваться, ИМК прерывно и неравномерно. Это приведет к снижению прочности сварки, как и кирпичная стена или кирпич, покрытый цементом. Цемент между стеной и кирпичной стеной похож на IMC. Если некоторые места не покрыты цементом, прочность стены станет хрупкой. Это та же причина.

На самом деле, поверхностная обработка плат схем также имеет "никель-погруженное палладийное золото ((ENEPIG) "), и этот вид поверхностной обработки может эффективно подавить проблему генерации "черного никеля / черной подушки", но поскольку его стоимость относительно дорога, он в настоящее время принимается только высококачественной платой, CSP или BGA промышленностью.

Две потенциальные проблемы ENIG-подушек и их профилактика

Основный процесс 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).

Образование и вред черного никеля

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 немедленно сохранен или температура выходит из - под контроля, содержание фосфора будет отклоняться от этого 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.

Формирование и вред богатого фосфором слоя

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 имеют сильное скрытие, его может быть трудно обнаружить и предотвратить общими средствами. Но когда мы понимаем причины, мы можем найти эффективные методы 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,

1.Лучший метод - использовать сканирующий электронный микроскоп (SEM) для наблюдения за поверхностной обработкой паевой подложки микроскопически, в основном для проверки того, есть ли трещины в слое золотого покрытия, и использовать EDS для анализа того, находится ли доля фосфора в слое никеля в нормальном диапазоне;

2.Во-вторых, вы можете выбрать типичную пачковую подложку, которая должна быть сварена вручную, и измерить прочность толка-тяга пачкового соединения. Когда выясняется, что сила толка-тяга необычно мала, может быть черный никель;

3.Последний метод состоит в проведении испытания на коррозию кислотного газа на образцах ENIG. Если порошок или изменение цвета обнаружены на поверхности образца ENIG, это означает, что золотое покрытие на подушке трещинает, что означает возможность черного никеля.

Среди этих методов наиболее удобным и быстрым способом должен стать второй метод, который прост и легок в реализации. С помощью этих методов можно обнаружить проблемы рано, чем используется плата ENIG, избегая производства большого количества компонентов платы с проблемами надежности и, таким образом, минимизируя 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.