Bei der Oberflächenbehandlung von Leiterplatten tritt ein äußerst problematischer Fehlermodus auf: schwarze Pads. Schwarze Pads stellen ein hohes Risiko dar, da sie oft erst nach einer gewissen Zeit sichtbar werden. Lotund dann stillschweigend die langfristige Zuverlässigkeit der Lötverbindungen zu untergraben.

Im Folgenden wird systematisch erklärt, was ein schwarzer P ist.ad Es geht darum, warum es auftritt, wie man es erkennt und welche praktischen Vorbeugungs- und Behandlungsmethoden es gibt. Falls Sie jemals mit unzuverlässiger ENIG-Beschichtung, spröden Lötstellen oder ungewöhnlichen Produktausfällen zu tun hatten, kann Ihnen dieser Inhalt helfen, den Mechanismus hinter dem schwarzen Fleck besser zu verstehen. UnterlageOhne weitere Umschweife, lasst uns loslegen. Kommen wir nun direkt zum Thema.

Was ist ein schwarzes Pad auf einer Leiterplatte?

Der "schwarze Unterlage" auf der Leiterplatte beziehen sichs zu einem häufigen und schwerwiegenden Defekt, der während des ENIG-Oberflächenbehandlungsprozesses auftritt.

Gemäß den üblichen Verfahren sollten die Nickel- und Goldschicht die Kupferoberfläche gleichmäßig bedecken, um Schutz und gute Lötbarkeit der Lötpads zu gewährleisten. Wenn jedoch hWährend des ENIG-Prozesses tritt Hyperkorrosion auf. Die Nickelschicht unter der Goldschicht dunkelt deutlich nach, wird schwarz, spröde und weist eine anormale chemische Zusammensetzung auf, wodurch die sogenannte „schwarze“ Schicht entsteht. Pads".

Dieser Defekt hat erhebliche Auswirkungen auf die Lötbarkeit der Lötpads, wodurch die Lötstellen spröde werden, schlecht benetzt werden und die Verbindungsfestigkeit abnimmt, was sogar zu einem langfristigen elektrischen Ausfall des Produkts führen kann.

Typisches Erscheinungsbild von schwarzen Pads auf der Leiterplatte

Eine Leiterplatte mit schwarzem Pads zeigt typischerweise:

dunkles, mattes oder „pfefferartiges“ Schwarz Pads

Streifen entlang der Nickelkorngrenzen

unebene Goldoberfläche

Lötzinn, das die Lötstelle nicht benetzt

spröde, körnige Lötstellen

Wie in der Abbildung dargestellt,

Schwarze Stellen sind in vielen Fällen mit bloßem Auge schwer zu erkennen. Üblicherweise ist eine Querschnittsanalyse oder der Einsatz professioneller Bildgebungsgeräte erforderlich, um sie sichtbar zu machen. Das Vorhandensein schwarzer Stellen deutet auf Korrosion der Nickelschicht hin. Treten Risse oder Mikrorisse auf der ENIG-Oberfläche der schwarzen Stelle auf, ist die Nickelschicht dadurch noch spröder geworden.

Warum stellt Black Pad ein ernsthaftes Zuverlässigkeitsproblem dar?

Dies liegt daran, dass die schwarze Kontaktfläche tatsächlich eine metallurgische Durchschlagsbildung an der Lötstelle darstellt. Wie bereits erwähnt, tritt dieser Defekt besonders häufig auf Leiterplatten mit ENIG-Oberflächenbehandlung auf. Das ENIG-Verfahren selbst wird häufig in Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen eingesetzt. In solchen Fällen wird der Schaden durch die schwarze Kontaktfläche besonders deutlich. Seine Schwere äußert sich hauptsächlich in vier Zuverlässigkeitsrisiken:

1. Lötstellenversprödung: Verlust der mechanischen Festigkeit

Die schwarze Beschichtung kann zu abnormalen Reaktionen zwischen der korrodierten Nickeloberfläche und dem geschmolzenen Lot führen. In diesem Fall entsteht nicht mehr die robuste Nickel-Zinn-Intermetallverbindung (IMC, wie z. B. Ni).₃Sn₄), sondern eher poröse und spröde intermetallische Verbindungen (wie Ni₃P oder Nickeloxid). Diese spröden Schichten sind unflexibel, und selbst geringfügige Umwelteinflüsse können Mikrorisse auslösen, was zu einer Verringerung der Festigkeit der Lötverbindung führt.

2.  Unterbrechung: Vollständiger Ausfall der elektrischen Verbindung

Die schwarze Lötstelle beeinträchtigt den Lötprozess. Bei unvollständiger Benetzung (wenn das Lot Tropfen bildet, anstatt sich zu verteilen) entstehen intermittierende elektrische Verbindungen; es können sogar vollständige Unterbrechungen auftreten. Haftet das Lot nicht zuverlässig an der Lötstelle, führt dies zu Strom- oder Signalunterbrechungen des Bauteils.

3. Mögliche Feldausfälle

Die Verschleierung von Fehlern an schwarzen Kontaktflächen liegt darin begründet, dass diese häufig zu potenziellen Ausfällen führen. Das heißt, die Leiterplatte besteht die Werksprüfung (z. B. Sichtprüfung, Durchgangsprüfung) und gilt als qualifiziert, fällt aber nach der Inbetriebnahme vorzeitig aus. Dies ist eine katastrophale Situation für Branchen, die auf die Zuverlässigkeit von ENIG angewiesen sind.

4. Hohe Kosten: Nacharbeit, Ausschuss

ENIG-Leiterplatten werden hauptsächlich in hochwertigen Produkten (wie Smartphones, Industriesteuerungen) eingesetzt, und Defekte in der schwarzen Kontaktfläche können direkt zu enormen wirtschaftlichen Verlusten führen.

Ursachen für schwarze Pads

Die Bildung von schwarzem pad wird durch abnormale chemische Reaktionen und mangelhafte Prozesssteuerung verursacht. Die Hauptursachen sind folgende:

1.  Überkorrosion der Nickelschicht während der Vergoldungsphase

Beim ENIG-Verfahren kann es bei zu korrosivem oder verunreinigtem Goldbad oder bei unzureichender Prozesssteuerung (z. B. instabiler Temperatur und Chemikalienkonzentration) zu starker Korrosion der Nickelschicht kommen. Diese übermäßige Korrosion führt zur Bildung poröser, korrodierter Nickelspitzen auf der Padoberfläche, was wiederum die Entstehung schwarzer Pads zur Folge hat.

2. Der Phosphorgehalt in der Nickelschicht ist zu hoch.

Die Phosphorkonzentration im chemischen Nickelbad beeinflusst direkt die Struktur der Nickelschicht. Erzeugt das Bad eine Nickelschicht mit hohem Phosphorgehalt (typischerweise über 12 %), wird diese Schicht spröde und porös. Diese fragile Struktur beschleunigt die Korrosion während der Vergoldung. Da die chemischen Substanzen im Vergoldungsbad zudem leicht in die Nickelschicht eindringen können, …Ing. Durch die Lücken in der Nickelschicht entstehen ideale Bedingungen für die Bildung der schwarzen Schicht. Unterlage.

3. Die Die Prozesssteuerung von ENIG ist während des gesamten Verfahrens mangelhaft.

Die Bildung von Schwarz UnterlageDies ist häufig die Folge mangelhaften Prozessmanagements. Zu den wichtigsten Fehlern zählen:

Abnormale pH-Werte in den Nickel- oder Goldbädern

Ungeeignete Goldschichtdicke

Alt Alter der stromlosen Galvanisierbäder

Unzureichendes Spülen nach der Vernickelung

Übermäßige Verweildauer im Goldbad

Diese Fehler werden das empfindliche Gleichgewicht der ENIG-Reaktion stören und zur Bildung von Schwarz führen. Unterlageist unvermeidlich.

4. Unzureichende Aktivierung der vorbeschichteten Oberfläche

Die Oberflächenaktivierung ist ein entscheidender Faktor Vorbehandlung Dieser Schritt dient der Sicherstellung einer gleichmäßigen Nickelabscheidung. Ist die Aktivierung unvollständig oder ungleichmäßig, weist die anschließend abgeschiedene Nickelschicht Fehler auf – insbesondere in den Bereichen mit geringer Korrosionsbeständigkeit. Diese Schwachstellen korrodieren während der Vergoldung zuerst, was zu einer ungleichmäßigen Goldbeschichtung und letztendlich zur Bildung einer schwarzen Schicht führt. UnterlageFärbung.

5. Übermäßige Reinigung oder Verwendung von abrasiven Abstreifpads

Die Vorreinigung der Lötpads ist ein unerlässlicher Schritt bei der Oberflächenvorbehandlung. Eine zu intensive Reinigung kann jedoch kontraproduktiv sein. Scheuernde Reinigungsmittel oder übermäßiger Druck können das Grundmaterial der Lötpads zerkratzen oder beschädigen. Diese winzigen Kratzer führen zu feinen Rissen, in denen sich korrosive Chemikalien in den Nickel- oder Goldnuten ansammeln und die lokale Korrosion beschleunigen können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die schwarzen Pads die direkte Folge des Ungleichgewichts in der chemischen Reaktion des ENIG-Prozesses und einer mangelhaften Prozesskontrolle sind.

Wie zu Schwarzes Pad identifizieren?

1. Zunächst können wir eine erste Sichtprüfung durchführen. Beachten Sie:

Ist die Farbe der Pads ungewöhnlich? Schwarze Pads können lokale oder flächige Schwarzfärbungen, Vergrauungen oder dunkelbraune Stellen aufweisen, und die Farbe ist glanzlos und lässt sich durch Abwischen nicht entfernen.

Benetzungsspuren des Lötmittels: Wenn nach dem Löten "vertiefte" Lötperlen auf den Pads zu sehen sind, einige Bereiche nicht mit Lot bedeckt sind oder sich schwarze Verfärbungen an den Rändern der Lötstellen bilden, ist dies wahrscheinlich auf eine mangelhafte Benetzung der schwarzen Pads zurückzuführen.

Chargenregelmäßigkeit: Schwarze Pads treten häufig gehäuft auf. Weisen mehrere Pads derselben Leiterplattencharge die gleichen Farbabweichungen oder Benetzungsprobleme auf und konzentrieren sich diese auf bestimmte Bereiche (z. B. Leiterplatten, die im selben Galvanisierungsbad verarbeitet wurden), so ist es sehr wahrscheinlich, dass die schwarzen Pads die Ursache sind.

2. Schnelle Bestimmung durch physikalische und einfache chemische Tests.

Reinigungstest: Tränken Sie ein Wattestäbchen in wasserfreiem Ethanol oder Isopropylalkohol und wischen Sie die auffällige Stelle der Lötstelle vorsichtig ab. Lässt sich die Verschmutzung nicht entfernen und sind keine sichtbaren Kratzer auf der Lötstelle vorhanden, ist die Wahrscheinlichkeit für eine schwarze Lötstelle (Black Pad) sehr hoch.

Klebebandhaftungstest: Bringen Sie ein hochfestes Klebeband an und ziehen Sie es schnell wieder ab. Die schwarze Fläche löst sich zusammen mit der Goldschicht und der korrodierten Nickelschicht ab und gibt den Blick auf das darunterliegende schwarze, korrodierte Substrat frei.

Benetzungstest: Verwenden Sie handelsüblichen Lötdraht, um die Lötstelle manuell zu verlöten. Beobachten Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lots. Das Lot im Bereich der schwarzen Lötstelle zieht sich schnell zu einer Kugel zusammen oder haftet gar nicht.

3. Nutzen Sie professionelle Instrumente für die Analyse und erzielen Sie eine präzise Bestätigung.

Metallographische Präparation und mikroskopische Beobachtung: Schneiden Sie den Querschnitt des Lötpads mit einer Trennmaschine aus und betrachten Sie ihn mit einem metallographischen Mikroskop - das schwarze Pad (schwarzes Pad) zeigt eine poröse Nickelschicht, Korrosionskavitäten oder eine schwarze Korrosionsschicht zwischen der Goldschicht und der Nickelschicht.

EDS: Prüfen Sie die Elementzusammensetzung der Lötstelle. Bei der schwarzen Lötstelle (ENIG) kann es zu einer ungewöhnlichen Verringerung des Nickelgehalts, einem erhöhten Sauerstoffgehalt (Oxidationskorrosion) oder lokal zu einem höheren Phosphorgehalt kommen.

RFA: Die Dicke der Goldschicht und der Zustand der Nickelschicht lassen sich schnell ermitteln. Schwarze Bereiche deuten häufig auf ungleichmäßige Dicke der Goldschicht (lokale Ausdünnung) oder ungewöhnliche Dicke der Nickelschicht hin.

Wie man etwas vorbeugt Schwarze Bremsbeläge?

1. Die Parameter des ENIG-Galvanisierbades streng kontrollieren (Kernbildung verhindern).

•     Die Korrosivität des Goldbades muss kontrolliert und die chemische Konzentration regelmäßig überprüft werden.
•     Die Temperatur genau einstellen (normalerweise 40 Grad).-45℃) und Verweilzeit (im Allgemeinen 3-5 Minuten).
•     Den Phosphorgehalt der chemischen Nickelplattierungsschicht bei 8 % stabilisieren.-10 % (nicht mehr als 12 %).
•     Den pH-Wert des Nickelbades bei 4.5 halten.-5.5, und den pH-Wert des Goldbades auf 6.0 einstellen.-8.0, um ein Ungleichgewicht des Säure-Basen-Haushalts zu vermeiden, das zu abnormalen Reaktionen führen kann.
•     Verwenden Sie hochreines deionisiertes Wasser (Leitfähigkeit ≤ 10 μS/cm) zur Herstellung der Galvanisierungslösung und des Spülwassers, um eine Verunreinigung des Galvanisierungsbades durch Verunreinigungen zu verhindern.

2. Standardisierung der Vorbehandlung und Nachbehandlungsprozesse

•     Vor dem Galvanisieren sollte zunächst eine schonende Reinigungsmethode angewendet werden.
•     Im Aktivierungsschritt wird eine verdünnte Säurelösung (z. B. 5%ige Schwefelsäure) verwendet, um sicherzustellen, dass die Oxidschicht des Lötpads entfernt wird, ohne das Grundmaterial zu beschädigen.
•     Nach der Vernickelung werden 3-4 Gegenstromspülungen durchgeführt.
•     Das im letzten Spülschritt verwendete Wasser muss in Echtzeit auf seine Leitfähigkeit geprüft werden, um sicherzustellen, dass keine chemischen Rückstände aus dem Nickelbad vorhanden sind.
•     Nach der Vergoldung wird es sofort mit Heißluft (bei einer Temperatur von 60-80 °C) getrocknet.℃um zu vermeiden, dass Wasserrückstände zu nachfolgender Korrosion führen.

3. Optimieren LotLager- und Aufbewahrungsbedingungen

•     Verwenden Sie ENIG-kompatibles Lötzinn (z. B. bleifreies SAC305-Lötzinn) und kontrollieren Sie die Reflow-Löttemperatur (Spitzentemperatur 240 °C).-250℃) und Zeit (Haltezeit 60-90 Sekunden).
•     Die Lagerumgebung für Leiterplatten sollte trocken sein (Luftfeuchtigkeit). ≤ 60%) und kühl.
•     Die Verpackung sollte aus vakuumdichten, feuchtigkeitsdichten Beuteln und Trockenmitteln bestehen, um das Eindringen von Feuchtigkeit während des Transports zu verhindern.

4. Prozessüberwachung und Qualitätsrückverfolgbarkeit stärken

•     Nehmen Sie aus jeder Charge von Leiterplatten Proben, um frühzeitig Anzeichen von schwarzen Kontaktflächen zu erkennen.
•     Die chemischen Parameter des Galvanisierbades und die Dicke der Goldschicht (mit einer Genauigkeit von 0.05) sollten regelmäßig überprüft werden.-0.15 μm) und die Dicke der Nickelschicht (typischerweise 2-5 μm).
•     Das Galvanisierbad regelmäßig warten.

5. Auswahl alternativer Verfahren (Hochrisikoszenarien)

Bei Produkten mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen, die keine Toleranz gegenüber schwarzen Kontaktflächen aufweisen (wie z. B. in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik), kann das ENIG-Verfahren durch ENEPIG ersetzt werden.

Wie entsteht Nickelkorrosion? a Schwarzes Pad?

Die Bildung schwarzer Beläge ist im Wesentlichen auf die unkontrollierte Korrosion der Nickelschicht im ENIG-Prozess zurückzuführen. Die Korrosion der Nickelschicht ist keine einzelne Reaktion, sondern ein sequenzieller Prozess aus „Auflösung – Oxidation – Versprödung“.

Wenn die normale Austauschreaktion im Goldplattierungsbad außer Kontrolle gerät, kommt es zu einer übermäßigen Auflösung der Nickelschicht, die mit Sauerstoff und Phosphor reagiert und schwarze, poröse Korrosionsprodukte wie NiO und Ni bildet.₂O₃und Ni₃P. Diese Produkte lagern sich an der Gold-Nickel-Grenzfläche ab, zerstören die metallurgische Bindung zwischen den beiden Materialien, führen zum Ablösen der Goldschicht, zur Schwarzfärbung der Lötpad-Oberfläche und zum Verlust ihrer Benetzbarkeit. Dies ist der ausschließliche Entstehungsmechanismus von schwarzen ENIG-Lötpads.

Hyperkorrosion von Nickel

Übermäßige Korrosion der Nickelschicht ist der kritischste Faktor für die Bildung des schwarzen Pads. Die wichtigsten Unterschiede und spezifischen Merkmale zwischen dieser und normaler Korrosion sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Zusamenfassend, Hyper-Die Korrosion der Nickelschicht ist der „Hauptgrund“ für die Bildung des schwarzen Pads.

Fazit

Schwarz Pads Schwarze Flecken sind ein häufiger Defekt in ENIG-Leiterplatten und lassen sich nur schwer erkennen. Dieser Artikel erklärt Ihnen die Entstehungsmechanismen, Erkennungsmethoden und Präventionsmaßnahmen. PadsDiese Maßnahmen werden wesentlich zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Leiterplatten beitragen und hohe Kosten vermeiden.

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Häufig gestellte Fragen zu schwarzen Pads

1. Kann das Black Pad repariert werden?

In manchen Fällen lässt sich die Reparatur durch Entfernen der ursprünglichen ENIG-Beschichtung und anschließendes Neubeschichten mit Nickel und Gold erreichen. Ist die Nickelschicht jedoch stark von Hyperkorrosion betroffen, können die meisten Leiterplatten nicht mehr effektiv repariert werden.

2. Welche Golddicke ist unbedenklich?

Es gilt allgemein als erwiesen, dass eine Goldschichtdicke von 2 bis 5 Mikroinch ein relativ sicherer und üblicher Bereich ist.

3. Verschlimmert die Reflow-Temperatur die Defekte der schwarzen Pads?

Hohe Temperaturen verursachen selbst keine schwarzen Flecken, aber sie machen vorhandene Defekte deutlicher sichtbar. Konkret äußert sich dies wie folgt:

Beschleunigen Sie den Sprödbruch von Lötverbindungen

Die mangelhafte Bildung von Nickel-Silizium-Intermetallverbindungen (IMC) soll leichter sichtbar gemacht werden.

Bei thermischer Belastung treten häufiger Unterbrechungen auf.