PCB工艺的城市传说: 安耐格黑胶垫

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我还记得多年前,当我们开始使用无电解镍浸金(ENIG)工艺时,第一次发生了黑垫的 “事件”。我们当时并没有注意到这个问题,因为它在裸板上并不明显,但从装配中收到了投诉,因为后来在完成的装配上发现了这个问题。

当然,我们不知道它是什么,也不知道是什么导致了这个问题。这是新的东西,就像所有生产中的新工艺一样,会有一个学习曲线。

最初,所有的过程都变得可疑,从裸露的印刷电路板(PCB),到装配、助焊剂、焊料、电镀等等。 当时,对RoHS的持续推动迫使所有领域的工艺改变,而没有对上述工艺进行适当的验证或核实。很明显,浸金最终将成为无铅表面处理的选择。今天,ENIG以其出色的可靠性和平整的表面处理成为最受欢迎的表面处理。

ENIG黑垫子


黑胶垫 “这个名字是对所发生问题的完美描述。在完成的化学浸镍金印制电路板的一侧或两侧有选择性的焊盘,在组装时经过热加工后,出现部分或全部黑色。通常情况下,在印刷电路板的生产层面上,它是不可见的,也很难发现。

镍在金下被腐蚀,导致表面变脆,并在组装过程中分离。这将导致焊点开裂或失效,这些焊点无法修复,而且往往发现得太晚,使该行业在PCB和元件方面损失了数百万。

那么,是什么导致焊盘变黑?


所有的报告和分析都指出,镍浴的条件是造成黑焊盘的主要原因,而过量的磷是主要问题。受影响的接头很容易断裂,被腐蚀的 “黑 “镍被暴露出来,为 “黑垫 “一词提供了依据。即使是最严格控制的生产车间,密切监测所有化学水平、温度和进入的原材料,也会在某些时候成为这个持续问题的受害者。

人们还认为,装配时的多次回流工艺有可能导致黑垫问题。在这些条件下,每个回流过程都在溶解镍,从而增加磷与镍的比例。因此,如果一块ENIG涂层的印刷电路板,其磷镍比例为推荐的7%-11%的磷成分,那么在回流过程中,镍的溶解可能会改变成分,使其超过11%。

导致镍腐蚀的另一个可能原因是过度的浸泡金沉积。IPC建议2-4微英寸的金沉积,因为浸金过程是依靠镍腐蚀来完成的。在浸泡过程中,镍会氧化(分解)并释放出金所需的电子,在镍上形成一层金属涂层。有时会有一个至少3微英寸的金的要求,这可能很难持续满足,因为浸泡过程是自我限制的。这就是说,一旦所有暴露的镍被覆盖,浸泡过程就会停止。因此,为了达到3微英寸的最低金含量,制造商将通过化学修改来加速这一过程,从而使金以更高的速率沉积,导致更厚的沉积。这导致了镍表面的过度腐蚀,然后可能引发黑垫的发生。

结论
值得庆幸的是,通过过度的研究和汇编的数据,浸金化学供应商和印制电路板制造商已经改进并改善了他们的材料和工艺。通过设置参数,可以最大限度地减少甚至消除与浸金工艺有关的黑垫子问题的发生,避免了最有记载的原因。

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