In het oppervlaktebehandelingsproces van printplaten is er een zeer destructieve en meest problematische faalmodus: zwarte pads. Zwarte pads vormen een risicovol probleem, omdat ze zich vaak een tijdje "verbergen" na de verwerking. soldeeren vervolgens stilletjes de betrouwbaarheid van de soldeerverbindingen op de lange termijn ondermijnen.

Vervolgens zal dit artikel systematisch uitleggen wat een zwarte pad is, waarom het optreedt, hoe het te identificeren is, evenals praktische preventie- en behandelingsmethoden. Als u ooit te maken heeft gehad met onbetrouwbare ENIG-coating, broze soldeerverbindingen of abnormale productstoringen, dan kan deze informatie u helpen het mechanisme achter de zwarte coating beter te begrijpen. stootkussenLaten we zonder verder oponthoud verdergaan direct ter zake.

Wat is een zwarte pad op een printplaat?

De "zwarte stootkussen"op de PCB verwijzens een veelvoorkomend en ernstig defect dat optreedt tijdens het ENIG-oppervlaktebehandelingsproces.

Volgens de normale procedures zouden de nikkellaag en de goudlaag het koperoppervlak gelijkmatig moeten bedekken om bescherming en een goede soldeerbaarheid van de soldeerpads te bieden. Echter, wanneer hTijdens het ENIG-proces treedt er kopercorrosie op, de nikkellaag onder de goudlaag wordt aanzienlijk donkerder, zwarter, brozer en gaat gepaard met een abnormale chemische samenstelling, waardoor de zogenaamde "zwarte" laag ontstaat. pads".

Dit defect heeft een grote impact op de soldeerbaarheid van de soldeerpads. Het zorgt ervoor dat de soldeerpunten broos worden, minder goed bevochtigd worden en de verbindingssterkte afneemt. Het kan zelfs leiden tot een elektrische storing van het product op de lange termijn.

Typisch uiterlijk van zwarte pads in PCB

Een printplaat met zwarte pads toont doorgaans:

donker, dof of "peperachtig" zwart pads

strepen langs nikkelkorrelgrenzen

oneffen goudoppervlak

soldeer dat weigert het pad nat te maken

broze, korrelige soldeerverbindingen

Zoals weergegeven in de afbeelding,

In veel gevallen zijn zwarte pads moeilijk met het blote oog te detecteren. Meestal moeten we een dwarsdoorsnedeanalyse uitvoeren of professionele beeldvormingsapparatuur gebruiken om zwarte pads te detecteren. De aanwezigheid van zwarte pads wijst erop dat de nikkellaag corrosie heeft ondergaan. Als er barsten of microscheurtjes ontstaan ​​op het ENIG-oppervlak van de zwarte vlek, wijst dit erop dat de nikkellaag nog brozer is geworden.

Waarom is Black Pad een serieus betrouwbaarheidsprobleem?

Dit komt doordat de zwarte pad in feite een metallurgische storing is aan de soldeerverbinding. Zoals we eerder vermeldden, komt dit defect vooral voor op printplaten met ENIG-oppervlaktebehandeling. Het ENIG-proces zelf wordt bovendien veel gebruikt in scenario's met hoge betrouwbaarheid. In dergelijke gevallen wordt de schade aan de zwarte pad duidelijker. De ernst ervan manifesteert zich voornamelijk in vier betrouwbaarheidsbedreigingen:

1. Verbrossing van soldeerpunten: verlies van mechanische duurzaamheid

De zwarte coating kan abnormale reacties veroorzaken tussen het gecorrodeerde nikkeloppervlak en het gesmolten soldeer. Op dat moment wordt niet langer de taaie intermetallische nikkel-tinverbinding (IMC, zoals Ni) gevormd.₃Sn₄), maar eerder poreuze en fragiele intermetallische verbindingen (zoals Ni₃P of nikkeloxide). Deze brosse lagen missen flexibiliteit en zelfs kleine omgevingsinvloeden kunnen microscheurtjes veroorzaken, wat leidt tot een afname van de sterkte van de soldeerverbinding.

2.  Open circuit storing: Volledige storing van de elektrische verbinding

Het zwarte soldeervlak verstoort het soldeerbevochtigingsproces. Bij een "gedeeltelijke niet-bevochtiging" (waarbij het soldeer kralen vormt in plaats van zich uit te spreiden), ontstaan ​​er onderbroken elektrische verbindingen; zelfs volledige onderbrekingen kunnen optreden. Als het soldeer niet consistent aan het soldeervlak kan hechten, leidt dit tot stroom- of signaalonderbreking voor het component.

3. Mogelijke veldstoringen

De verhulling van black-pad-defecten schuilt in het feit dat ze vaak leiden tot potentiële storingen. Dat wil zeggen dat de printplaat de fabrieksinspecties (zoals uiterlijke controles en continuïteitstests) doorstaat en als gekwalificeerd wordt beschouwd, maar na ingebruikname voortijdig faalt. Dit is een catastrofale situatie voor industrieën die vertrouwen op de betrouwbaarheid van ENIG.

4. Hoge kosten: herbewerking, schroot

ENIG-printplaten worden vooral gebruikt in hoogwaardige producten (zoals smartphones en industriële controllers). Defecten in het zwarte printplaatje kunnen direct tot grote economische verliezen leiden.

Oorzaken van zwarte pad

De vorming van zwarte pad Wordt veroorzaakt door abnormale chemische reacties en onjuiste procesbeheersing. De belangrijkste oorzaken zijn:

1.  Overcorrosie van de nikkellaag tijdens de verguldfase

In het ENIG-proces zal de nikkellaag sterk corroderen als het gouddompelbad te corrosief is, verontreinigd is met onzuiverheden, of als de procescontrole onjuist is (zoals een onstabiele temperatuur en chemische concentratie). Deze overmatige corrosie zal vervolgens poreuze, gecorrodeerde nikkel "spikes" op het padoppervlak vormen, wat direct leidt tot de vorming van zwarte pads.

2. Het fosforgehalte in de nikkellaag is te hoog.

De fosforconcentratie in het chemische nikkelbad heeft een directe invloed op de structuur van de nikkellaag. Als het bad een nikkellaag met een hoog fosforgehalte produceert (met een fosforgehalte van doorgaans meer dan ongeveer 12%), wordt deze laag inherent bros en poreus. Deze kwetsbare structuur versnelt corrosie tijdens de verguldfase. Bovendien zijn de chemische stoffen in het verguldbad gevoelig voor penetratie.ING de openingen in de nikkellaag, dit creëert ideale omstandigheden voor de vorming van de zwarte stootkussen.

3. De ENIG-procesbesturing is gedurende de gehele procedure onjuist.

De vorming van zwart stootkussens is vaak het gevolg van slecht procesmanagement. De belangrijkste fouten zijn:

Afwijkende pH-waarden in de nikkel- of goudbaden

Onjuiste dikte van de goudlaag

Oud leeftijd van de chemische platingbaden

Onvoldoende spoelen na het vernikkelen

Te lange verblijftijd in het goudbad

Deze fouten zullen het delicate evenwicht van de ENIG-reactie verstoren, waardoor er zwarte vlekken ontstaan. stootkussenis onvermijdelijk.

4. Onvoldoende activering van het voorgecoate oppervlak

Oppervlakteactivering is cruciaal voorbehandeling Stap om een ​​gelijkmatige afzetting van de nikkellaag te garanderen. Als de activering onvolledig of ongelijkmatig is, zal de vervolgens afgezette nikkellaag onvolkomenheden vertonen - bestaande uit zwakke plekken met een slechte corrosiebestendigheid. Deze zwakke plekken corroderen eerst tijdens de verguldfase, wat resulteert in een ongelijkmatige goudlaagdekking en uiteindelijk de vorming van een zwarte laag. stootkussenkleuring.

5. Overmatig reinigen of gebruik van schurende strippads

Het voorreinigen van de soldeerpads is een essentiële stap in het oppervlaktevoorbehandelingsproces. Overmatig reinigen kan echter het tegenovergestelde effect hebben. Het gebruik van schurende reinigingsmiddelen of het uitoefenen van overmatige druk tijdens het reinigen kan het basismateriaal van de soldeerpads krassen of beschadigen. Deze kleine krasjes veroorzaken fijne scheurtjes, waardoor corrosieve chemicaliën in de nikkel- of goudgleuven zich kunnen ophopen en lokale corrosie kunnen versnellen.

Concluderend kunnen we stellen dat de zwarte pads het directe gevolg zijn van een onbalans in de chemische reactie van ENIG en een onjuiste procescontrole.

Hoe naar Zwarte pad identificeren?

1. Allereerst kunnen we een voorlopige screening uitvoeren door middel van visuele inspectie. Let op:

Is de kleur van de voetzolen afwijkend? Zwarte voetzolen kunnen plaatselijk of geheel zwart, grijs of donkerbruin zijn. De kleur is dof en kan niet worden verwijderd door af te vegen.

Bevochtigingsplekken van soldeer: Als er na het solderen sprake is van "gedempte" soldeerrupsen op de soldeerpunten, als sommige gebieden niet bedekt zijn met soldeer of als er zwarte vlekken rond de randen van de soldeerpunten zitten, komt dit waarschijnlijk doordat de zwarte soldeerpunten niet goed bevochtigd zijn.

Batchregelmaat: Zwarte pads komen vaak in batches voor. Als meerdere pads in dezelfde batch PCB dezelfde kleurafwijkingen of bevochtigingsproblemen vertonen, en deze zich concentreren op specifieke plekken (zoals printplaten die in hetzelfde verzinkbad zijn verwerkt), dan is de kans groot dat de zwarte pads de oorzaak zijn.

2. Bepaal snel door middel van fysieke en eenvoudige chemische testen.

Reinigingstest: Dompel een wattenstaafje in watervrije ethanol of isopropylalcohol en veeg het afwijkende gedeelte van de soldeerpad voorzichtig schoon. Als het niet weggeveegd kan worden en er geen duidelijke krassen op het soldeerpad zitten, is de kans op een zwarte pad (black pad) extreem groot.

Test op hechting van tape: Plak er sterke tape op en trek deze er snel af. Het zwarte gedeelte van de pad zal samen met de goudlaag en de gecorrodeerde nikkellaag loslaten, waardoor het zwarte, gecorrodeerde substraat eronder zichtbaar wordt.

Bevochtigingstest: Gebruik standaard soldeerdraad om handmatig te solderen op het soldeervlak. Let op de snelheid waarmee het soldeer zich verspreidt. Het soldeer in het gebied rond het zwarte vlak zal snel krimpen tot een bolvorm, of helemaal niet hechten.

3. Gebruik professionele instrumenten voor de analyse en verkrijg nauwkeurige bevestiging.

Metaalkundige doorsneden en microscopische observaties: Snijd de dwarsdoorsnede van het soldeerpad met een snijmachine en bekijk het onder een metaalmicroscoop. Op het zwarte pad (black pad) zie je een poreuze nikkellaag, corrosieholtes of een zwarte corrosielaag tussen de goudlaag en de nikkellaag.

EDS: Test de elementaire samenstelling van de soldeerpad. Voor de zwarte pad (ENIG) zal er een abnormale afname van het nikkelgehalte, een verhoogd zuurstofgehalte (oxidatiecorrosie) of lokaal een hoger fosforgehalte zijn.

XRF-bestand: Detecteer snel de dikte van de goudlaag en de toestand van de nikkellaag. Het zwarte padgebied gaat vaak gepaard met een ongelijkmatige dikte van de goudlaag (lokale verdunning) of een abnormale dikte van de nikkellaag.

Hoe te voorkomen Zwarte pads？

1. Controleer strikt de parameters van het ENIG-platingbad (kernpreventie)

•     Controleer de corrosieve werking van het gouddompelbad en test regelmatig de chemische concentratie.
•     Stel de temperatuur strikt in (meestal 40-45℃) en verblijftijd (meestal 3-5 minuten).
•     Stabiliseer het fosforgehalte van de chemische nikkelplatinglaag op 8%-10% (vermijd overschrijding van 12%).
•     Houd de pH-waarde van het nikkelbad op 4.5-5.5 en controleer de pH-waarde van het goudbad op 6.0-8.0, om een ​​zuur-base-onevenwicht te voorkomen dat abnormale reacties kan veroorzaken.
•     Gebruik gedemineraliseerd water met een hoge zuiverheid (geleidbaarheid ≤ 10 μS/cm) om de galvaniseeroplossing en het spoelwater voor te bereiden om besmetting van de galvaniseertank door onzuiverheden te voorkomen.

2. Standaardiseer de voorbehandeling en nabehandelingsprocessen

•     Voordat u gaat plateren, dient u een milde reinigingsmethode te gebruiken.
•     Tijdens de activeringsstap wordt een verdunde zuuroplossing (bijvoorbeeld 5% zwavelzuur) gebruikt om ervoor te zorgen dat de oxidelaag van de soldeerpad wordt verwijderd zonder het basismateriaal te beschadigen.
•     Na het vernikkelen worden er 3-4 fasen van tegenstroomspoeling uitgevoerd.
•     Het water dat in de laatste spoelfase wordt gebruikt, moet in realtime op geleidbaarheid worden getest om er zeker van te zijn dat er geen chemische resten uit het nikkelbad achterblijven.
•     Na het vergulden wordt het direct gedroogd met hete lucht (bij een temperatuur van 60-80℃) om te voorkomen dat waterresten corrosie veroorzaken.

3. Optimaliseer soldeeropslag- en bewaarcondities

•     Gebruik soldeer dat compatibel is met ENIG (zoals loodvrij soldeer SAC305) en controleer de reflow-soldeertemperatuur (piek 240-250℃) en tijd (houdtijd 60-90 seconden).
•     De PCB-opslagomgeving moet droog zijn (vochtigheid ≤ 60%) en koel.
•     De verpakking moet bestaan ​​uit vacuüm vochtbestendige zakken met droogmiddelen om te voorkomen dat er vocht binnendringt tijdens het transport.

4. Versterk procesbewaking en kwaliteitstraceerbaarheid

•     Neem monsters van elke batch PCB's om de eerste tekenen van zwarte pads snel te detecteren.
•     Test regelmatig de chemische parameters van het platingbad, de dikte van de goudlaag (zorg voor 0.05-0.15 μm) en de dikte van de nikkellaag (meestal 2-5 μm).
•     Onderhoud het galvaniseerbad regelmatig.

5. Alternatieve processelectie (scenario's met hoog risico)

Voor producten met een hoge betrouwbaarheid waarvoor geen tolerantie geldt voor zwarte pads (zoals apparatuur voor de lucht- en ruimtevaart en medische apparatuur) kan het ENIG-proces worden vervangen door ENEPIG.

Hoe ontstaat nikkelcorrosie? a Zwarte pad?

De vorming van een zwarte pad is fundamenteel te wijten aan de ongecontroleerde corrosie van de nikkellaag tijdens het ENIG-proces. De corrosie van de nikkellaag is geen enkele reactie, maar een opeenvolgend proces van "oplossen - oxidatie - brosheid".

Nadat de normale vervangingsreactie in het verguldbad uit de hand loopt, ondergaat de nikkellaag een overmatige oplossing en reageert met zuurstof en fosfor om zwarte poreuze corrosieproducten te vormen zoals NiO, Ni₂O₃, en Ni₃P. Deze producten hopen zich op aan de goud-nikkelgrens, waardoor de metallurgische binding tussen de twee wordt verstoord. Hierdoor gaat de goudlaag drijven, wordt het oppervlak van de pad zwart en verliest het zijn soldeerbevochtigende vermogen. Dit is het exclusieve vormingsmechanisme van de zwarte pad ENIG.

Hypercorrosie van nikkel

Overmatige corrosie van de nikkellaag is de meest kritische factor die de vorming van de zwarte pad bevordert. De belangrijkste verschillen en specifieke kenmerken tussen deze en normale corrosie zijn weergegeven in de onderstaande tabel:

In het kort, hyper-Corrosie van de nikkellaag is de "belangrijkste drijvende kracht" achter de vorming van het zwarte pad.

Conclusie

Zwart pads zijn een veelvoorkomend defect in ENIG-printplaten en zijn vrij moeilijk te detecteren. Door dit artikel te lezen, krijgt u inzicht in het vormingsmechanisme, de detectiemethoden en preventieve maatregelen van zwarte vlekken. padsDeze zullen een grote bijdrage leveren aan het verbeteren van de betrouwbaarheid van PCB's en het vermijden van hoge kosten.

Over PCBasic

Tijd is geld in uw projecten – en PCB-basis begrijpt het. PCBasic is een PCB-assemblagebedrijf: die elke keer snelle, vlekkeloze resultaten levert. Onze uitgebreide PCB-assemblagediensten: bieden deskundige technische ondersteuning bij elke stap, waardoor topkwaliteit in elk bord wordt gegarandeerd. Als toonaangevend Fabrikant van PCB-assemblage:, Wij bieden een totaaloplossing die uw toeleveringsketen stroomlijnt. Werk samen met onze geavanceerde PCB-prototypefabriek voor snelle doorlooptijden en superieure resultaten waarop u kunt vertrouwen.

Veelgestelde vragen over zwarte pads

1. Kan Black Pad gerepareerd worden?

In sommige gevallen kan de reparatie worden uitgevoerd door de originele ENIG-coating te verwijderen en opnieuw te coaten met nikkel en goud. Als de nikkellaag echter ernstige "hypercorrosie" heeft opgelopen, kunnen de meeste printplaten niet effectief worden gerepareerd.

2. Hoeveel gouddikte is veilig?

Over het algemeen wordt aangenomen dat een gouddikte van 2 tot 5 micro-inches een relatief veilig en gangbaar bereik is.

3. Verergert de reflowtemperatuur Black Pad-defecten?

Hoge temperaturen veroorzaken op zichzelf geen zwarte vlekken, maar maken de bestaande defecten wel duidelijker zichtbaar. Dit uit zich in:

Versnel de brosse breuk van soldeerverbindingen

Maak het gemakkelijker om de slechte vorming van intermetallische nikkel-siliciumverbindingen (IMC) bloot te leggen

Grotere kans op open circuits tijdens thermische cycli