Công nghệ PCB - 2 vấn đề tiềm năng của miếng đệm PCB xử lý bề mặt ENIG?

Với sự phổ biến của điện thoại thông minh, thu nhỏ hóa các sản phẩm điện tử và yêu cầu của EU về các quy trình không chì, quy trình xử lý bề mặt của vàng nhúng niken (ENIG) đơn giản hơn và rẻ hơn so với các quy trình xử lý bề mặt khác. Ngoài ra, nó cũng có khả năng lặp lại tuyệt vời, độ phẳng tốt, thích hợp cho các bộ phận chân mỏng, lưu trữ lâu dài và không dễ oxy hóa. Do đó, ngày càng có nhiều sản phẩm điện tử chọn ENIG làm xử lý bề mặt PCB của họ.

Do đó, khi nhiều người tìm thấy các bộ phận bị rơi hoặc khả năng hàn kém khi sử dụng xử lý bề mặt ENIG (vàng ngâm niken) trên bảng PCB, vấn đề đầu tiên xuất hiện trong tâm trí thường là "niken đen" còn được gọi là "miếng đệm đen". Tuy nhiên, dường như rất ít người thực sự hiểu ý nghĩa của "niken đen" hoặc "đệm đen", vì vậy bài viết này cố gắng thảo luận về "niken đen" hoặc "đệm đen" của ENIG từ quan điểm của sự hiểu biết của gấu làm việc.

"Niken đen" của ENIG về cơ bản có hai thành phần chính: "phốt pho" và "niken oxit".

"Phosphorus" đến từ lớp mạ niken không điện. Trong quá trình thay thế tiếp theo của "vàng" và niken hóa học, bởi vì "phốt pho" không phản ứng, nó sẽ ở giữa lớp vàng và lớp niken để hình thành P-giàu. Lớp, và cuối cùng hình thành kết quả của sự mỏng manh trên sức mạnh hàn.

"Oxit niken" về cơ bản bao gồm một công thức hóa học phức tạp của NixOy (x và y là số). Lý do cơ bản là bề mặt niken trải qua phản ứng oxy hóa quá mức trong phản ứng thay thế vàng chìm trên bề mặt niken (niken kim loại trở thành ion niken) Nó là "oxy hóa" theo nghĩa rộng), và sự l积 trầm bất thường của các nguyên tử "vàng" rất lớn (bán kính nguyên tử vàng 144pm) dẫn đến sự hình thành của các sắp xếp hạt tinh thể thô, lỏng lỏng và xốp, có nghĩa là lớp "vàng" không thể được bao phủ hoàn toàn. Ở dưới lớp "niken" cho phép lớp niken được tiếp xúc với không khí để tiếp tục oxy hóa của nó, vì vậy gỉ niken dần dần hình thành dưới lớp "vàng", cuối cùng cản trở hàn.

Vì hầu hết các chất hàn, chẳng hạn như SAC305, SAC3005, SnBi, SnBiAg, v.v., về cơ bản dựa trên thiếc (Sn), niken (Ni) của Sn và ENIG tạo thành Ni3Sn4 IMC (hợp chất phổ biến) khi bảng được làm nóng bằng lò hàn hồi lưu. Nếu lớp niken bị oxy hóa, sẽ khó hình thành IMC lý tưởng. Ngay cả khi nó gần như không thể hình thành, IMC là gián đoạn và không đồng đều. Điều này sẽ dẫn đến độ bền hàn thấp hơn, giống như một bức tường gạch hoặc gạch được phủ xi măng. Xi măng giữa tường và tường gạch giống như IMC. Nếu một số nơi không được phủ xi măng, sức mạnh của các bức tường trở nên mỏng manh. Đó cũng là lý do tương tự.

Trên thực tế, xử lý bề mặt của bảng mạch cũng có "vàng palladium chìm niken ((ENEPIG) "), và loại xử lý bề mặt này có thể ức chế hiệu quả vấn đề của thế hệ "niken đen / pad đen", nhưng bởi vì chi phí của nó tương đối đắt tiền, nó hiện chỉ được áp dụng bởi ngành công nghiệp bảng cao cấp, CSP hoặc BGA.

Hai vấn đề tiềm năng của miếng đệm ENIG và phòng ngừa chúng

Quá trình cơ bản của ENIG

Một trong những lợi thế lớn nhất của xử lý bề mặt ENIG cho bảng mạch PCB là quá trình sản xuất bảng mạch đơn giản. Về nguyên tắc, chỉ có hai tác nhân hóa học (niken mạ hóa học và nước vàng có tính axit) có thể được thực hiện, và tất nhiên, các tác nhân khác là cần thiết. Quá trình xử lý bề mặt ENIG thường là mạ niken hóa học đầu tiên trên đĩa hàn đồng, bằng cách kiểm soát thời gian và nhiệt độ để kiểm soát độ dày của lớp niken; Miếng niken sau đó được ngâm trong nước vàng có tính axit bằng cách sử dụng hoạt động niken tươi vừa được lắng đọng. Phản ứng thay thế hóa học thay thế vàng từ dung dịch sang bề mặt của đĩa, và một phần niken của bề mặt được hòa tan trong nước vàng. "Vàng" được thay thế sẽ dần dần bao phủ lớp niken cho đến khi nó được bao phủ hoàn toàn và phản ứng thay thế sẽ tự động dừng lại và có thể hoàn thành sau khi rửa sạch bụi bẩn khỏi bề mặt của miếng đệm. Tại thời điểm này, lớp mạ vàng thường chỉ khoảng 0,05um (2u ") hoặc mỏng hơn, do đó quá trình ENIG rất dễ kiểm soát và chi phí tương đối thấp (so với mạ niken và vàng).

Sự hình thành và tác hại của niken đen

Chất lượng của lớp niken chủ yếu phụ thuộc vào công thức của chất lỏng mạ niken và kiểm soát nhiệt độ trong quá trình lắng đọng hóa học, và tất nhiên, có một số mối quan hệ với quá trình xử lý nước vàng có tính axit. Quá trình mạ niken hóa học là thu được lớp mạ bằng phản ứng tự xúc tác của hypophosphate và muối niken trên bề mặt của tấm hàn. Lớp phủ sẽ chứa một lượng "phốt pho (P)". Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phốt pho (P) trong lớp phủ là bình thường và tỷ lệ nên dao động từ 7 đến 10%. Nếu công thức mạ chất lỏng không được duy trì ngay lập tức hoặc nhiệt độ vượt quá tầm kiểm soát, hàm lượng phốt pho sẽ đi chệch khỏi phạm vi bình thường này. Khi hàm lượng phốt pho thấp, lớp phủ sẽ rất dễ hình thành. Khi hàm lượng phốt pho cao, độ cứng của lớp phủ được hình thành sẽ tăng lên đáng kể, điều này sẽ làm giảm khả năng hàn của nó và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hình thành các mối hàn đáng tin cậy. Nếu hàm lượng phốt pho trong lớp mạ niken thấp, phản ứng thay thế hóa học không được xử lý đúng cách, và nếu thu được lớp mạ vàng nứt lớn, chắc chắn sẽ khó loại bỏ nước vàng có tính axit trong quá trình làm sạch tiếp theo, dẫn đến tiếp xúc với không khí. Sự ăn mòn của lớp mạ niken tăng tốc và cuối cùng tạo ra niken đen, được gọi là tấm hàn đen.

Sự hình thành và tác hại của lớp giàu phốt pho

ENIG miếng hàn xử lý bề mặt, trong quá trình hàn, hợp kim thực sự với bột hàn là "niken" trong ENIG, và hợp kim hợp chất liên kim loại (IMC) điển hình của nó là Ni3Sn4, và phốt pho trong mạ niken không tham gia kim loại hóa, nhưng trong lớp niken, phốt pho chiếm một tỷ lệ nhất định và được phân phối đồng đều. Bằng cách này, sau khi niken tham gia hợp kim, phốt pho dư thừa địa phương sẽ được làm giàu và tập trung trên cạnh lớp hợp kim để hình thành một lớp giàu phốt pho. Nếu lớp giàu phốt pho quá dày, sức mạnh của nó sẽ giảm đáng kể. Khi khớp hàn bị ảnh hưởng bởi căng thẳng bên ngoài, nó phải được phá hủy từ liên kết yếu nhất trước, và lớp giàu phốt pho có thể là liên kết yếu nhất được phá hủy trước. Sự tin cậy của các điểm rõ ràng phải bị ảnh hưởng.

Phòng ngừa và kiểm soát lớp niken đen và phốt pho giàu

Mặc dù sự hình thành niken đen và sự xuất hiện của các lớp phốt pho giàu có có khả năng che giấu mạnh mẽ, nhưng nó có thể khó phát hiện và ngăn chặn bằng các phương tiện chung. Nhưng khi chúng ta hiểu nguyên nhân, chúng ta có thể tìm ra những cách hiệu quả để ngăn chặn và kiểm soát.

Đối với sự hình thành của niken đen, mục đích chính của giai đoạn sản xuất là duy trì dung dịch mạ và kiểm soát nhiệt độ quá trình, để tỷ lệ niken và phốt pho trong lớp mạ ở trạng thái tốt nhất. Nước vàng axit cũng cần bảo trì tốt, và nó nên được điều chỉnh kịp thời khi nó quá ăn mòn.

Đối với người dùng,

1. Cách tốt nhất là sử dụng kính quét điện (SEM) để xem xử lý bề mặt của miếng đệm dưới kính hiển vi, chủ yếu kiểm tra lớp mạ vàng để tìm vết nứt và sử dụng EDS để phân tích xem tỷ lệ phốt pho trong lớp mạ niken có nằm trong phạm vi bình thường hay không;

2. Thứ hai, bạn có thể chọn một miếng đệm điển hình để hàn bằng tay và đo cường độ đẩy và kéo của mối hàn. Nickel đen có thể có mặt khi tìm thấy sức mạnh đẩy và kéo bất thường;

3. Phương pháp cuối cùng là tiến hành thử nghiệm ăn mòn khí axit trên các mẫu ENIG. Nếu bột hoặc biến màu được tìm thấy trên bề mặt của mẫu ENIG, có nghĩa là lớp phủ vàng trên miếng đệm bị nứt, có nghĩa là khả năng của niken đen.

Trong số các phương pháp này, phương pháp thuận tiện và nhanh nhất nên là phương pháp thứ hai, đơn giản và dễ thực hiện. Với các phương pháp này, các vấn đề có thể được tìm thấy sớm trước khi sử dụng bảng mạch ENIG, tránh sản xuất một số lượng lớn các thành phần bảng mạch có vấn đề độ tin cậy, và do đó giữ cho mất mát tối thiểu.

Đối với sản xuất lớp giàu phốt pho, khi tỷ lệ phốt pho và niken trong lớp mạ niken là phù hợp, nó chủ yếu là để kiểm soát quá trình hàn, kiểm soát thời gian hàn và nhiệt độ, và kiểm soát độ dày của liên kim loại đến 1-2 micron (um) tốt nhất, khi sản xuất hợp chất liên kim loại quá dày (IMC), lớp giàu phốt pho quá dày sẽ được làm giàu.