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隨著智能手機的普及, 電子產品的小型化和歐盟對無鉛工藝的要求, the surface treatment process of nickel immersion gold (ENIG) is simpler and cheaper than other surface treatment processes. 此外, 它還具有極好的重複性, 平整度好, 適用於薄脚部件, 長期存放，不易氧化. 因此, 越來越多的電子產品選擇ENIG作為其 PCB表面處理.
囙此，當許多人在電路板上使用ENIG（鎳浸金）表面處理時發現零件掉落或可焊性較差時，首先想到的問題通常是“黑鎳”，也稱為“黑焊盤”。 然而，似乎很少有人真正理解“黑鎳”或“黑墊”是什麼意思，囙此本文試圖從工作熊的理解角度來探討ENIG的“黑鎳”或“黑墊”。
ENIG的“黑鎳”基本上有兩個主要成分：“磷”和“氧化鎳”。
“磷”來自化學鍍鎳層。 在隨後的“金”和化學鎳的置換過程中，由於“磷”不發生反應，它將停留在金層和鎳層之間，形成富磷。 最後形成脆化對焊接强度的影響。
“氧化鎳”基本上由NixOy的複雜化學式組成（x和y是數位）。 根本原因是，在鎳表面的浸沒金取代反應期間，鎳表面經歷過度氧化反應（金屬鎳成為鎳離子），廣義上是“氧化”），並且非常大的“金”原子（金原子半徑144pm）的不規則沉積導致形成粗糙、鬆散和多孔的晶粒排列， 這意味著“金”層無法完全覆蓋。 停留在底部的“鎳”層允許鎳層暴露在空氣中繼續氧化，囙此在“金”層下逐漸形成鎳鏽，最終阻礙焊接。
由於大多數焊料（如SAC305、SAC3005、SnBi、SnBiAg等）基本上基於錫（Sn），當電路板通過回流爐加熱時，Sn和ENIG的鎳（Ni）將形成Ni3Sn4 IMC（常見化合物）。 如果鎳層被氧化，很難形成理想的內模電容。 即使幾乎無法形成IMC，IMC也是間歇性和不均勻的。 這將導致焊接强度降低，就像磚牆或塗有水泥的磚一樣。 牆和磚牆之間的水泥就像IMC。 如果有些地方沒有塗水泥，牆的强度就會變得脆弱。 這也是同樣的原因。
事實上，電路板的表面處理也有“鎳浸鈀金（（ENEPIG）”，這種表面處理可以有效抑制“黑鎳/黑焊盤”的產生問題，但由於其成本相對昂貴，現時僅被高端板、CSP或BGA行業採用。
ENIG電極的兩個潜在問題及其預防
ENIG的基本流程
ENIG表面處理的最大優點之一 PCB電路板 是電路板的簡單製造過程. 原則上, only two chemical potions (electroless nickel plating and acid gold water) can be used to complete, 當然, 需要其他藥劑. ENIG表面處理工藝通常是首先在銅墊上進行化學鍍鎳, 以及通過控制時間和溫度來控制鎳層的厚度； 然後使用剛剛沉積的新鮮鎳活性將鎳墊浸入酸性金水中. 化學置換反應將金從溶液中置換到焊盤表面, 表面的部分鎳會溶解到金水中. 被替換的“金”將逐漸覆蓋鎳層，直到鎳層完全覆蓋, 替換反應將自動停止, 清潔襯墊表面的污垢後即可完成該過程. 此時, 鍍金層通常只有0左右.05um (2u") or thinner, so the ENIG process is very easy to control and relatively low-cost (compared with electroplated nickel and gold).
黑鎳的形成及危害
鎳層的質量主要取決於鍍鎳溶液的配方和化學沉積過程中的溫度控制，當然也與酸性金水處理過程有一定的關係。 化學鍍鎳的過程是通過次磷酸根和鎳鹽在焊盤表面的自催化反應獲得鍍層。 鍍層將含有一定量的“磷（P）”。 許多研究表明，鍍層中的磷（P）是正常的，比例應在7%-10%之間。 如果無法立即保持電鍍溶液的配方或溫度失控，磷含量將偏離此正常範圍。 當磷含量較低時，當磷含量較高時，塗層將非常容易形成，形成的塗層的硬度將顯著增加，這將降低其可焊性，並將嚴重影響可靠焊點的形成。 如果鍍鎳層中的磷含量低，化學置換反應鍍金處理不當，如果獲得大量開裂的鍍金層，酸性金水將不可避免地難以在隨後的清洗過程中去除，這將導致暴露在空氣中，加速鍍鎳層的腐蝕， 最後形成黑色鎳，即所謂的黑色焊盤。
富磷層的形成及其危害
經ENIG表面處理的焊盤，在焊接過程中，帶有焊膏的真正合金是ENIG中的“鎳”，其典型的金屬間化合物（IMC）合金是Ni3Sn4，鍍鎳層中的磷不參與金屬化，但在鎳層中，磷占一定比例並均勻分佈。 這樣，鎳參與合金化後，局部多餘的磷將富集並集中在合金層的邊緣，形成富磷層。 如果富磷層太厚，其强度將大大降低。 當焊點受到外部應力的影響時，必須首先從最薄弱的環節進行破壞，富磷層可能是最薄弱的環節。 這些點的可靠性必須受到明顯影響。
黑鎳富磷層的防治
雖然黑鎳的形成和富磷層的出現具有很强的隱蔽性，但可能很難用一般方法檢測和預防。 但是當我們瞭解原因後，我們可以找到有效的預防和控制方法。
對於黑鎳的形成，製造階段的主要目的是保持鍍液並控制工藝溫度，使鍍層中鎳和磷的比例處於最佳狀態。 酸性金水也需要很好的維護，當其腐蝕性太强時應及時調整。
對於用戶，
1、最佳方法是使用掃描電鏡（SEM）對焊盤的表面處理進行顯微鏡觀察，主要是檢查鍍金層是否有裂紋，並使用EDS分析鍍鎳層中磷的比例是否在正常範圍內；
2.其次，您可以選擇一個典型的焊盤進行手工焊接，並量測焊點的推拉强度。 當發現推拉强度异常小時，可能存在黑色鎳；
最後一種方法是對ENIG樣品進行酸性氣體腐蝕試驗。 如果在ENIG樣品表面發現粉末或變色，則表明焊盤上的金塗層開裂，這意味著可能存在黑鎳。
在這些方法中, 最方便、最快捷的方法應該是第二種方法, 它簡單且易於實現. 使用這些方法, 問題可以在 ENIG電路板 已使用, 避免生產大量具有可靠性問題的電路板組件, 從而將損失降到最低.
對於富磷層的生產，當鍍鎳層中磷和鎳的比例合適時，主要是控制焊接過程，控制焊接時間和溫度，並將金屬間化合物的厚度控制到最佳1-2微米（um），當產生過厚的金屬間化合物（IMC）時， 過厚的富磷層必然會富集。
