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隨著智能手機的普及、電子產品的小型化以及歐盟對無鉛工藝的要求，鎳浸金（ENIG）的表面處理工藝比其他表面處理工藝更簡單、更便宜。 此外，它還具有出色的可重複性、良好的平整度，適用於薄脚部件，長期儲存且不易氧化。 囙此，越來越多的電子產品選擇ENIG作為其PCB表面處理。
囙此，當很多人在pcb板上使用ENIG（鎳浸金）表面處理時發現零件掉落或可焊性差時，首先想到的問題通常是“黑鎳”，也稱為“黑焊盤”。 然而，似乎很少有人真正理解“黑鎳”或“黑墊”的含義，囙此本文試圖從工作熊的理解角度來討論ENIG的“黑鎳“或“黑墊片”。
ENIG的“黑鎳”基本上有兩個主要成分：“磷”和“氧化鎳”。
“磷”來自化學鍍鎳層。 在後續的“金”和化學鎳的置換過程中，由於“磷”不發生反應，它會停留在金層和鎳層之間，形成富磷。 層，最終形成脆化對焊接强度的影響。
“氧化鎳”基本上由一個複雜的化學式NixOy組成（x和y是數位）。 根本原因是鎳表面在浸金置換反應過程中經歷了過度的氧化反應（金屬鎳變成鎳離子），這是廣義上的“氧化”，非常大的“金”原子（金原子半徑144pm）的不規則沉積導致形成粗糙、鬆散和多孔的晶粒排列，這意味著“金”層不能被完全覆蓋。 停留在底部的“鎳”層使鎳層暴露在空氣中繼續氧化，囙此鎳鏽在“金”層下逐漸形成，最終阻礙了焊接。
由於大多數焊料，如SAC305、SAC3005、SnBi、SnBiAg等，基本上都是基於錫（Sn）的，當電路板被回流焊爐加熱時，Sn和ENIG的鎳（Ni）會形成Ni3Sn4 IMC（常見化合物）。 如果鎳層被氧化，將難以形成理想的IMC。 即使它幾乎無法形成，IMC也是間歇性和不均勻的。 這將導致焊接强度降低，就像磚牆或塗有水泥的磚一樣。 牆和磚牆之間的水泥就像IMC。 如果有些地方沒有塗上水泥，牆壁的强度就會變得脆弱。 這也是同樣的原因。
事實上，電路板的表面處理也有“浸鎳鈀金（ENEPIG）”，這種表面處理可以有效抑制“黑鎳/黑焊盤”產生的問題，但由於其成本相對昂貴，現時僅被高端板、CSP或BGA行業採用。
ENIG焊盤的兩個潜在問題及其預防
ENIG的基本流程
PCB電路板ENIG表面處理的最大優點之一是電路板的制造技術簡單。 原則上，只有兩種化學藥劑（化學鍍鎳和酸性金水）可以完成，當然，還需要其他藥劑。 ENIG表面處理工藝一般是先在銅焊盤上進行化學鍍鎳，通過控制時間和溫度來控制鎳層的厚度； 然後使用剛剛沉積的新鮮鎳活性將鎳墊浸入酸性金水中。 化學置換反應將金從溶液置換到焊盤表面，表面的部分鎳溶解在金水中。 被替換的“金”會逐漸覆蓋鎳層，直到鎳層完全被覆蓋，替換反應會自動停止，清洗掉焊盤表面的污垢後即可完成。 此時，鍍金層通常只有0.05um（2u“）左右或更薄，囙此ENIG工藝非常容易控制，成本相對較低（與電鍍鎳和金相比）。
黑鎳的形成及其危害
鎳層的質量主要取決於鍍鎳液的配方和化學沉積過程中的溫度控制，當然也與酸性金水處理工藝有一定關係。 化學鍍鎳的過程是通過次磷酸鹽和鎳鹽在焊盤表面的自催化反應獲得鍍層。 鍍層將含有一定量的“磷（P）”。 許多研究表明，鍍層中的磷（P）是正常的，比例應在7%至10%之間。 如果鍍液的配方不能立即保持或溫度失控，磷含量將偏離正常範圍。 當磷含量較低時，塗層將非常容易形成。當磷含量較高時，形成的塗層的硬度將顯著增加，這將降低其可焊性，並嚴重影響可靠焊點的形成。 如果鍍鎳層中的磷含量低，化學置換反應鍍金處理不當，如果獲得大量開裂的鍍金層，在後續的清洗過程中不可避免地難以去除酸性金水，從而導致暴露在空氣中。 鍍鎳層的腐蝕加速，最終形成黑色鎳，即所謂的黑色焊盤。
富磷層的形成及其危害
ENIG表面處理過的焊盤，在焊接過程中，真正與焊膏結合的合金是ENIG中的“鎳”，其典型的金屬間化合物（IMC）合金是Ni3Sn4，鍍鎳中的磷不參與金屬化，但在鎳層中，磷佔據一定比例並均勻分佈。 這樣，鎳參與合金化後，局部多餘的磷會富集並集中在合金層的邊緣，形成富磷層。 如果富磷層太厚，其强度將大大降低。 當焊點受到外部應力的影響時，必須首先從最薄弱的環節開始破壞，富磷層可能是首先被破壞的最薄弱環節。 這些點的可靠性肯定會受到明顯影響。
黑鎳富磷層的防治
儘管黑鎳的形成和富磷層的出現具有很强的隱蔽性，但通過一般手段可能難以檢測和預防。 但當我們瞭解原因時，我們可以找到有效的預防和控制方法。
對於黑鎳的形成，製造階段的主要目的是保持鍍液和控制工藝溫度，使鍍層中鎳和磷的比例處於最佳狀態。 酸性金水也需要良好的保養，腐蝕性太强時應及時調整。
對於用戶來說，
1.最好的方法是使用掃描電鏡（SEM）在顯微鏡下觀察焊盤的表面處理情况，主要檢查鍍金層是否有裂紋，並使用EDS分析鍍鎳層中磷的比例是否在正常範圍內；
2.其次，您可以選擇一個典型的焊盤進行手工焊接，並量測焊點的推拉强度。 當發現推拉强度异常小時，可能有黑鎳；
3.最後一種方法是對ENIG樣品進行酸性氣體腐蝕試驗。 如果在ENIG樣品表面發現粉末或變色，則意味著焊盤上的金塗層破裂，這意味著有可能出現黑鎳。
在這些方法中，最方便、最快捷的方法應該是第二種方法，它簡單易行。 通過這些方法，可以在使用ENIG電路板之前及早發現問題，避免生產大量存在可靠性問題的電路板組件，從而將損耗降至最低。
對於富磷層的生產，當鍍鎳層中磷和鎳的比例合適時，主要是控制焊接工藝，控制焊接時間和溫度，並將金屬間化合物的厚度控制在最佳的1-2微米（um），當產生過厚的金屬間化合物（IMC）時，過厚的富磷層必然會富集。
