ENIG (химическое никелирование с иммерсионным золочением) — один из наиболее распространенных методов обработки поверхности в современной индустрии печатных плат. К его преимуществам относятся: отсутствие свинца, простота пайки, стойкость к окислению. Хотя стоимость производства выше, чем у других методов, таких как OPS и HASL, он все же чаще применяется на печатных платах с высокой стоимостью, высокой плотностью размещения компонентов, высоким качеством, в корпусах BGA и соответствует требованиям RoHS, например, в электронике для медицинской, смартфонной, телекоммуникационной и военной промышленности.
Одним из дефектов, встречающихся вокруг ENIG, является черная полоса, также называемая фосфорсодержащим слоем. Обычно она проявляется в виде темных пятен на никелевом слое под золотом. Эти пятна вызваны коррозией никеля. Ниже описаны образование, характеристики и негативные последствия этого явления:
I. Формирование черных прослойок/слоев, обогащенных фосфором.
Слои, обогащенные фосфором, формируются главным образом в ходе двух этапов процесса химического никелирования с последующим золочением (ENIG):
1. Процесс химического никелирования (формирование никель-фосфорного слоя):
В процессе ENIG на поверхности, покрываемой электродами, образуется не чистый никель, а никель-фосфорный сплав. Восстанавливающий агент в гальванической ванне (например, гипофосфит натрия) восстанавливает и осаждает ионы никеля под действием катализатора, при этом фосфор (P) также соосаждается в покрытие. В зависимости от содержания фосфора покрытие можно разделить на низкофосфорное (2-5%), среднефосфорное (6-9%) и высокофосфорное (>10%). Среднефосфорные покрытия обычно используются в процессе ENIG.
2. Иммерсионное золото (приводящее к обогащению фосфором):
● Иммерсионное золочение проводится после никелирования. Иммерсионное золочение представляет собой реакцию химического замещения: ионы золота вытесняют атомы никеля с поверхности никелевого слоя в гальванической ванне, атомы никеля растворяются в растворе золота, и атомы золота осаждаются на поверхности никелевого слоя.
● Эта реакция замещения избирательно разрушает никелевый слой; атомы никеля избирательно растворяются, в то время как атомы фосфора не участвуют в реакции и не растворяются в растворе золота.
● Поэтому в процессе иммерсионного золочения атомы никеля на поверхности никелевого слоя непрерывно растворяются, оставляя после себя атомы фосфора. Это образует чрезвычайно тонкий слой на поверхности никелевого слоя с концентрацией фосфора, значительно превышающей концентрацию в основном слое никеля — это «фосфорсодержащий слой». Содержание фосфора в нем может достигать 20% и более (атомных процентов).
Вкратце: обогащенный фосфором слой является продуктом селективной коррозии и растворения никеля в процессе иммерсионного золочения ENIG, в результате чего на границе раздела никель-золото образуются остаточные и обогащенные атомы фосфора.
II. Характеристики фосфорсодержащего слоя
1. Химический состав: Основными компонентами являются фосфор (P) и некоторое количество никеля (Ni), возможно, в виде аморфных никель-фосфорных соединений (таких как Ni3P).
2. Морфология и толщина: Очень тонкий, обычно всего от десятков до сотен нанометров (нм), расположен на границе раздела между слоем никеля (Ni-P) и слоем золота (Au), под электронным микроскопом выглядит как яркая тонкая линия.
3. Физические свойства: Высокое удельное сопротивление, его наиболее важная характеристика и главная причина негативного влияния на работу печатной платы: удельное сопротивление слоя, обогащенного фосфором, значительно выше, чем у металлического никеля и золота, что делает его плохим проводником электричества.
III. Негативное влияние фосфорсодержащего слоя на надежность пайки:
1. Дефект «черной площадки»: это наиболее серьезный дефект качества, вызванный слоем, обогащенным фосфором. Если процесс иммерсионного золочения выходит из-под контроля (например, слишком длительный, слишком активная жидкость для золочения), это приводит к чрезмерной коррозии и образованию чрезмерно толстого, сплошного слоя, обогащенного фосфором. Во время пайки, после растворения поверхностного золотого слоя, припой соприкасается с высокоомным слоем, обогащенным фосфором, но не с никелевым слоем.
2. Плохая паяемость и холодные паяные соединения: припой не может образовать эффективную металлургическую связь с высокоомным фосфорсодержащим слоем (трудно сформировать качественное интерметаллическое соединение Ni3Sn4), что приводит к плохому смачиванию паяного соединения, холодным паяным соединениям и крайне низкой прочности соединения.
3. Слабое паяное соединение: Даже если паяное соединение сформировано, межфазная связь очень слабая, и оно склонно к растрескиванию из-за фосфорсодержащего слоя под воздействием механической силы или термического удара.
Компания Benlida — технический эксперт в производстве печатных плат с 14-летним опытом. Благодаря многолетней оптимизации процессов и техническим усовершенствованиям, компания обладает экспертными знаниями в предотвращении дефекта «черной площадки» на ENIG-матрицах. Опираясь на профессиональное оборудование и команду инженеров-контролеров, Benlida также предоставляет услуги анализа и решения:
● Сканирующая электронная микроскопия высокого разрешения и энергодисперсионная спектроскопия, анализ поперечного сечения контактных площадок позволяют четко наблюдать наличие, толщину и непрерывность фосфорсодержащего слоя, что дает возможность точно анализировать элементы и причины его образования, а также предоставлять данные для анализа процесса.
● Анализ дефекта «черная площадка»: Когда в паяных соединениях возникают проблемы, такие как несмачивание, некачественная пайка или недостаточная прочность, наша команда контроля качества анализирует причины отказа, выявляя дефект «черная площадка», возникающий из-за обогащенного фосфором слоя, посредством микроструктурного анализа, тем самым точно определяя первопричину технологической проблемы.
● Оптимизация процесса: Сравнивая и анализируя условия на границе раздела фаз при различных параметрах процесса никелирования/иммерсионного золочения, мы помогаем клиентам оптимизировать процесс ENIG, предотвращая чрезмерный рост фосфорсодержащего слоя и повышая выход годной продукции и надежность пайки.
● Комплексное тестирование надежности: Мы проводим такие испытания на надежность, как термическое циклирование и испытания при высоких температурах/высокой влажности, чтобы оценить долговременную надежность паяных соединений и потенциальные риски, вызванные дефектами.
Если в вашем проекте возникли проблемы, связанные с обработкой поверхности ENIG, такие как почернение контактных площадок, некачественный внешний вид, отслоение контактных площадок, плохое качество пайки или растрескивание паяных соединений, пожалуйста, свяжитесь с компанией Benlida , чтобы узнать больше о наших производственных процессах и контроле качества. Для поддержки наших клиентов мы предлагаем конкурентоспособные цены и консультационные услуги. Благодаря профессиональному производственному комплексу, инженерному и контролерному персоналу, компания Benlida с удовольствием изготовит для вас качественные печатные платы!
ru
WhatsApp