Powstawanie, charakterystyka i negatywne skutki „czarnej podkładki” odnoszą się do obróbki powierzchni ENIG

ENIG (bezprądowe niklowanie immersyjne złota) to jedna z najczęściej stosowanych metod obróbki powierzchni w nowoczesnym przemyśle PCB. Jej zalety to: brak ołowiu, łatwość lutowania, odporność na utlenianie, a koszty produkcji są wyższe niż w przypadku innych metod, takich jak OPS i HASL. Mimo to jest ona częściej stosowana w obwodach BGA o wysokiej wartości, gęstości i jakości oraz płytkach PCB zgodnych z RoHS, takich jak elektronika medyczna, smartfony, telekomunikacja i wojsko.

Jednym z defektów w okolicach ENIG jest czarna warstwa, zwana również warstwą bogatą w fosfor. Zazwyczaj objawia się ona ciemnymi plamami na warstwie niklu pod złotem. Plamy te są spowodowane korozją niklu. Poniżej przedstawiono powstawanie, charakterystykę i negatywne skutki korozji:

I. Powstawanie czarnych padów/warstw bogatych w fosfor

Warstwy bogate w fosfor powstają głównie podczas dwóch etapów procesu bezprądowego zanurzania złota w niklu (ENIG):

1. Proces niklowania bezprądowego (formowanie warstwy Ni-P):

W procesie ENIG, powierzchnia nanoszona na pady nie jest wykonana z czystego niklu, lecz ze stopu niklu i fosforu. Środek redukujący w kąpieli galwanicznej (taki jak podfosforyn sodu) redukuje i osadza jony niklu pod wpływem katalizy, a fosfor (P) jest również współosadzany z powłoką. Ze względu na zawartość fosforu, powłoki można podzielić na niskofosforowe (2-5%), średniofosforowe (6-9%) i wysokofosforowe (>10%). W procesie ENIG powszechnie stosuje się powłoki o średniej zawartości fosforu.

2. Złoto immersyjne (prowadzące do wzbogacenia fosforem):

● Złocenie immersyjne wykonuje się po niklowaniu. Złocenie immersyjne to reakcja chemicznego wypierania: jony złota wypierają atomy niklu z powierzchni warstwy niklu w kąpieli galwanicznej, atomy niklu rozpuszczają się w roztworze złota, a atomy złota osadzają się na powierzchni warstwy niklu.

● Ta reakcja wypierania powoduje selektywną korozję warstwy niklu; atomy niklu ulegają selektywnemu rozpuszczeniu, podczas gdy atomy fosforu nie biorą udziału w reakcji i nie ulegają rozpuszczeniu w roztworze złota.

● Dlatego podczas procesu immersyjnego powlekania złotem atomy niklu na powierzchni warstwy niklu ulegają ciągłemu rozpuszczaniu, pozostawiając atomy fosforu. W rezultacie na jej powierzchni tworzy się niezwykle cienka warstwa o stężeniu fosforu znacznie wyższym niż w warstwie niklu w masie – jest to „warstwa bogata w fosfor”. Jej zawartość fosforu może sięgać nawet 20% lub więcej (procent atomowy).

Podsumowując: Warstwa bogata w fosfor jest produktem selektywnej korozji i rozpuszczania niklu podczas procesu zanurzeniowego ENIG w złocie, w wyniku czego na granicy niklu i złota pozostają resztkowe i wzbogacone atomy fosforu.

II. Charakterystyka warstwy bogatej w fosfor

1. Skład chemiczny: Głównymi składnikami są fosfor (P) i pewna ilość niklu (Ni), prawdopodobnie występujące jako amorficzne związki niklowo-fosforowe (takie jak Ni3P).

2. Morfologia i grubość: Bardzo cienka, zwykle o grubości od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów (nm), znajdująca się na granicy między warstwą niklu (Ni-P) a warstwą złota (Au), widoczna pod mikroskopem elektronowym jako jasna, cienka linia.

3. Właściwości fizyczne: Wysoka rezystywność to najważniejsza cecha i główna przyczyna negatywnego wpływu na wydajność płytki drukowanej. Rezystywność warstwy bogatej w fosfor jest znacznie wyższa niż w przypadku metalicznego niklu i złota, co sprawia, że ​​jest ona słabym przewodnikiem prądu elektrycznego.

III. Negatywny wpływ warstwy bogatej w fosfor na niezawodność lutowania:

1. Wada „czarnego padu”: Jest to najpoważniejsza wada jakościowa spowodowana warstwą bogatą w fosfor. Jeśli proces złocenia zanurzeniowego jest niekontrolowany (np. zbyt długi, zbyt aktywny płynny złoty), doprowadzi to do nadmiernej korozji, tworząc nadmiernie grubą, ciągłą warstwę bogatą w fosfor. Podczas lutowania, po rozpuszczeniu powierzchniowej warstwy złota, lut napotyka warstwę bogatą w fosfor o wysokiej rezystywności, ale nie warstwę niklu.

2. Słaba lutowalność i zimne połączenia lutownicze: Lut nie może utworzyć skutecznego połączenia metalurgicznego z warstwą bogatą w fosfor o wysokiej rezystywności (trudno utworzyć dobrą zgodność IMC Ni3Sn4), co skutkuje słabą zwilżalnością połączeń lutowniczych, zimnymi połączeniami lutowniczymi i wyjątkowo niską wytrzymałością połączenia.

3. Słabe połączenie lutowane: Nawet jeśli zostanie wykonane połączenie lutowane, wiązanie międzyfazowe jest bardzo słabe i ma tendencję do pękania od warstwy bogatej w fosfor, gdy jest poddawane działaniu sił mechanicznych lub szoku termicznego.

Benlida jest ekspertem technicznym w produkcji płytek PCB od 14 lat. Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w optymalizacji procesów i udoskonaleniom technicznym, firma doskonale radzi sobie z zapobieganiem wadom „czarnego padu” w płytkach ENIG. Dzięki profesjonalnemu sprzętowi oraz zespołowi inżynierów i specjalistów ds. jakości, Benlida oferuje również usługi i rozwiązania analityczne:

● Wysokiej rozdzielczości skaningowa mikroskopia elektronowa i spektroskopia dyspersji energii, analiza przekrojowa pól lutowniczych, wyraźna obserwacja obecności, grubości i ciągłości warstwy bogatej w fosfor, a tym samym dokładna analiza pierwiastków i przyczyn powstawania, dostarczanie danych do analizy procesu.

● Analiza wady „czarnego padu”: Gdy połączenia lutowane mają problemy, takie jak brak zwilżania, słabe lutowanie lub niewystarczająca wytrzymałość, nasz zespół ds. jakości analizuje przyczyny awarii spowodowanej wadą „czarnego padu” wynikającą z warstwy bogatej w fosfor, za pomocą analizy mikrostrukturalnej, identyfikując w ten sposób główną przyczynę problemu z procesem.

● Optymalizacja procesu: Porównując i analizując warunki interfejsu przy różnych parametrach procesu niklowania/zanurzenia złota, pomagamy klientom w optymalizacji procesu ENIG, hamowaniu nadmiernego wzrostu warstw bogatych w fosfor oraz poprawie wydajności i niezawodności lutowania u źródła.

● Kompleksowe testy niezawodności: Wykonujemy testy niezawodności, takie jak cykle termiczne i testy w wysokiej temperaturze/wysokiej wilgotności, w celu oceny długoterminowej niezawodności połączeń lutowanych i oszacowania potencjalnego ryzyka spowodowanego przez wady.

Jeśli w Twoim projekcie wystąpią problemy, takie jak czarne pady, nieestetyczny wygląd, luzy na polu lutowniczym, nieestetyczny wygląd, słabe lutowanie lub pękanie spoin lutowniczych, związane z obróbką powierzchni ENIG, skontaktuj się z firmą Benlida , aby dowiedzieć się więcej o naszych procesach produkcyjnych i kontroli jakości. Aby wesprzeć naszych klientów, oferujemy konkurencyjne ceny i usługi konsultacyjne. Dzięki profesjonalnemu zakładowi produkcyjnemu, inżynierii i inżynierii jakości, Benlida z przyjemnością wyprodukuje dla Ciebie wysokiej jakości PCB!