PCB技術 - 2 EPig表面処理PCBパッドの潜在的問題？

スマートフォンの普及に伴い, 鉛フリープロセスのための電子製品の小型化とEUの要求, the surface treatment process of nickel immersion gold (ENIG) is simpler and cheaper than other surface treatment processes. 加えて, また、優れた再現性, 良い平坦度, 細い足部分に適している, 長期貯蔵と酸化しにくい. したがって, ますます多くの電子製品は、彼らのようにenigを選びます PCB表面処理.

したがって、ボード上のenig（ニッケル浸漬金）表面処理を使用する場合、多くの人々が部品を落としたり、はんだ付け性を見つけたりするときには、「黒いパッド」として知られている「黒いニッケル」が通常問題となる。しかし、「黒いニッケル」または「黒いパッド」によって意味されることを本当に理解している人はほとんどいないようです。

Enigの「黒いニッケル」は、基本的に2つの主要な構成要素「リン」と「酸化ニッケル」を持ちます。

「リン」は無電解ニッケルめっき層から生じる。その後の「金」と化学ニッケルの置換プロセスでは、「リン」が反応しないので、金層とニッケル層との間にとどまり、pリッチを形成する。層は、最終的に溶接強度に脆化の結果を形成する。

「酸化ニッケル」は、基本的にはNixOy（x，yは数字）の複素化学式で構成される。基本的な理由は、ニッケル表面上の浸漬金置換反応の間にニッケル表面が過剰な酸化反応を起こし（ニッケルはニッケルイオンになり、広い意味で酸化している）、非常に大きな「金」原子（金原子半径444 pm）の不規則な堆積が粗く、ゆるい多孔質結晶粒配列を形成する結果であることである。つまり、“ゴールド”層を完全にカバーすることはできません。底部「ニッケル」層にとどまることによってニッケル層が空気にさらされ、その酸化を継続することができるので、ニッケル錆は徐々に「金」層の下に形成され、最終的に溶接を妨げる。

SAC 305、SAC 3005、SNBI、SNBIAG等の大部分のハンダは、基本的に錫（Sn）に基づいているので、回路基板がリフロー炉によって加熱されると、Sn及びENIGのニッケル（Ni）はNi 3 Sn 4 IMC（共通化合物）を形成する。ニッケル層が酸化されると理想的なIMCを形成することは困難である。かろうじて形成されても、IMCは断続的、不均一である。これは、レンガの壁やレンガなどのセメントで覆われたように、溶接強度が低下する原因となります。壁とレンガ壁の間のセメントは、IMCのようです。一部の場所がセメントで覆われていない場合は、壁の強さが壊れやすくなる。これは同じ理由です。

実際に、回路基板の表面処理には、ニッケル浸漬パラジウム金（enepig）があり、この種の表面処理は、「黒ニッケル／黒パッド」生成の問題を効果的に抑制することができるが、そのコストは比較的高価であるため、現在、ハイエンドボード、CSPまたはBGA業界によってのみ採用されている。

ENIGパッドの2つの潜在的問題とその防止

Enigの基本プロセス

の表面処理の最大の利点の一つ PCB回路基板 回路基板の簡単な製造工程. 原則的に, only two chemical potions (electroless nickel plating and acid gold water) can be used to complete, もちろん, 他のポーションが必要. ENIG表面処理プロセスは、最初に銅パッド20上に化学ニッケル堆積を行うことである, そして、時間と温度を制御することによって、ニッケル・レイヤーの厚みを制御してください；それから、ちょうど酸性金の水でニッケル・パッドを浸すために堆積した新鮮なニッケル活動を使ってください. 化学的置換反応は、溶液からパッドの表面まで金を置換する, そして、表面のニッケルの一部は金の水に溶け込みます. 置換された「金」はニッケル層が完全に覆われるまで徐々にニッケル層を覆う, 置換反応が自動的に停止します, そして、パッドの表面上の汚れを洗浄した後、プロセスを完了することができる. この時に, 金メッキ層は、通常約0.05um (2u") or thinner, so the ENIG process is very easy to control and relatively low-cost (compared with electroplated nickel and gold).

黒色ニッケルの生成と損傷

ニッケル層の品質は、主にニッケルメッキ液の式及び化学析出時の温度制御に依存し、また、酸−金−水処理工程とはある程度関係がある。無電解ニッケルめっきの工程は、次亜塩素酸塩とニッケル塩との自己触媒反応を介してパッドの表面にメッキ層を得ることである。メッキ層は、一定量の「リン（P）」を含有する。多くの研究は，めっき層中のりん（p）が正常であることを示した。メッキ液の配合が直ちに維持できず、温度が制御できない場合には、この正常範囲からリン含有量がずれることになる。リン含有率が低い場合には、リンの含有量が高い場合にはコーティングが非常に容易であり、形成された被膜の硬度が大きくなり、はんだ付け性が低下し、信頼性の高いはんだ接合部の形成に大きな影響を与える。ニッケルメッキ層中のリン量が低く、化学的置換反応金めっきが適切に処理されていない場合には、多数のクラック金めっき層が得られると、次の洗浄工程において酸金の水が除去されにくくなり、空気に曝されてニッケルメッキの腐食が加速される。そして、最後に黒ニッケルが形成される。

リンリッチ層の形成と損傷

表面処理されたはんだパッドは、半田付け工程において、はんだペーストを有する真の合金は、ENIGにおいて「ニッケル」であり、典型的な金属間化合物（IMC）合金はNi 3 Sn 4であり、ニッケルめっき中のリンは金属化されないが、ニッケル層においては、リンはある割合を占め、均一に分布する。このようにして、ニッケルが合金化に関与した後、局所過剰なリンは、合金層の縁に濃縮され濃縮され、リンリッチ層を形成する。リンが豊富な層があまりに厚いならば、その強さは大いに減らされます。はんだ接合が外部応力によって衝撃を受けると、最初は最も弱いリンクから破壊されなければならず、リンリッチ層は最初に破壊される最も弱いリンクであるかもしれない。ポイントの信頼性は明らかに影響を受けなければならない。

黒ニッケルおよびリンリッチ層の防止と制御

黒色ニッケルの形成とリンリッチ層の外観は強い隠蔽を持っているが、一般的な手段で検出し、防止することは困難である。しかし、原因を理解するとき、我々は効果的な防止と制御方法を見つけることができます。

ブラックニッケルの形成のためには、メッキ液を維持して処理温度を制御することが主な目的であり、メッキ層におけるニッケルとリンの割合が最も良好である。酸性金の水も良いメンテナンスを必要とし、それがあまりに腐食的である時に調整する必要があります。

利用者には

最良の方法は、走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて、はんだ付けパッドの表面処理を顕微鏡観察的に観察し、主に金めっき層にクラックがあるかどうかをチェックし、ニッケルメッキ層中のリンの割合が正常範囲内にあるかどうかをEDSを用いて分析することである

第二に、手で溶接される典型的なはんだ付けパッドを選択し、はんだ接合部のプッシュプル強度を測定することができる。プッシュプル強度が異常に小さいことが分かったとき、黒いニッケルがある

最後の方法は、ENIG試料に対して酸ガス腐食試験を行うことである。ENIG試料の表面に粉体や変色が見られると、パッド上の金コーティングがクラックされ、黒ニッケルの可能性がある。

これらの中で, 最も便利で最も速い方法は、第2の方法でなければなりません, どちらが簡単で、実装が簡単ですか. これらの方法で, 問題は早ければ早い EIG回路基板 使用される, 信頼性問題による回路基板部品の大量生産の回避, そして、このように最小に損失を保つ.

リンリッチ層の製造には、ニッケルメッキ層中のリン及びニッケルの割合が適切であれば、主に、溶接プロセスを制御し、溶接時間及び温度を制御し、金属間化合物の厚さを、1〜2ミクロン（μm）に制御することができる。あまりに厚いリンが豊富な層は、強化されるために縛られます。