В процессе обработки поверхности печатных плат существует крайне разрушительный и самый неприятный вид отказа — чёрные контактные площадки. Чёрные контактные площадки представляют собой проблему высокого риска, поскольку они часто «скрываются» на некоторое время после припой, а затем тихо подрывают долговременную надежность паяных соединений.

Далее в этой статье будет систематически объяснено, что такое черныйad , почему это происходит, как это определить, а также практические методы предотвращения и устранения. Если вы когда-либо сталкивались с ненадёжным покрытием ENIG, хрупкими паяными соединениями или нестандартным отказом продукта, то эта информация поможет вам глубже понять механизм появления чёрного металла. площадкаБез лишних слов, давайте двигаться дальше. непосредственно к теме.

Что такое черная площадка на печатной плате?

«Черный» площадка"на печатной плате см.s распространенному и серьезному дефекту, который возникает в процессе обработки поверхности ENIG.

Согласно стандартной процедуре, слои никеля и золота должны равномерно покрывать медную поверхность, обеспечивая защиту и хорошую паяемость контактных площадок. Однако, когда hВ процессе ENIG происходит сверхкоррозия, слой никеля под слоем золота становится значительно темнее, чернеет, становится хрупким и имеет аномальный химический состав, образуя так называемую «черную коррозию». колодки".

Этот дефект существенно влияет на паяемость паяных площадок, приводит к хрупкости паяных соединений, ухудшению их смачиваемости, снижению прочности соединения и даже к долгосрочному отказу изделия.

Типичный внешний вид черных контактных площадок на печатной плате

Печатная плата с черной площадкойs обычно показывает:

темный, тусклый или «перцевидный» черный колодки

полосы вдоль границ зерен никеля

неровная золотая поверхность

припой, который отказывается смачивать контактную площадку

хрупкие, зернистые паяные соединения

Как показано на рисунке,

Во многих случаях чёрные контактные площадки трудно обнаружить невооружённым глазом. Обычно для их обнаружения требуется анализ поперечного сечения или профессиональное оборудование для визуализации. Наличие чёрных контактных площадок указывает на коррозию никелевого слоя. Появление трещин или микротрещин на поверхности ENIG в месте чёрного пятна указывает на то, что никелевый слой стал ещё более хрупким.

Почему Black Pad представляет собой серьезную проблему надежности?

Это связано с тем, что чёрная площадка на самом деле представляет собой металлургический дефект на границе паяного соединения. Как мы уже упоминали ранее, этот дефект особенно часто встречается на печатных платах с обработкой поверхности ENIG. Сам процесс ENIG широко используется в условиях, требующих высокой надёжности. В таких случаях вред от чёрной площадки становится более заметным. Его серьёзность проявляется в четырёх основных угрозах надёжности:

1. Охрупчивание точек пайки: потеря механической прочности

Чёрный налёт может вызвать аномальные реакции между корродированной поверхностью никеля и расплавленным припоем. В этот момент образуется уже не прочное интерметаллическое соединение никеля и олова (ИМС), такое как Ni₃Sn₄), а довольно пористые и хрупкие интерметаллические соединения (такие как Ni₃P (оксид никеля). Эти хрупкие слои неэластичны, и даже незначительные воздействия окружающей среды могут спровоцировать появление микротрещин, что приводит к снижению прочности паяного соединения.

2.  Разомкнутая цепь: полный отказ электрического соединения.

Чёрная площадка нарушает процесс смачивания припоем. В случае «частичного несмачивания» (когда припой образует капли, а не растекается) возникают нестабильные электрические соединения, вплоть до полного разрыва цепи. Если припой не может равномерно приклеиться к площадке, это приведёт к прерыванию питания или сигнала на компоненте.

3. Возможные отказы в полевых условиях

Скрытие дефектов чёрных площадок связано с тем, что они часто приводят к потенциальным отказам. То есть печатная плата проходит заводской контроль (например, проверку внешнего вида, проверку целостности цепи) и считается годной, но преждевременно выходит из строя после ввода в эксплуатацию. Это катастрофическая ситуация для отраслей, зависящих от надёжности ENIG.

4. Высокие затраты: переделка, лом

Печатные платы ENIG в основном используются в дорогостоящих продуктах (таких как смартфоны, промышленные контроллеры), и дефекты на черной площадке могут напрямую привести к огромным экономическим потерям.

Причины появления черных пятен

Образование черного pad Это вызвано аномальными химическими реакциями и ненадлежащим контролем процесса. Основные причины:

1.  Чрезмерная коррозия никелевого слоя на этапе золочения

В процессе ENIG, если ванна для погружения золота слишком коррозионна, загрязнена примесями или если процесс контролируется ненадлежащим образом (например, из-за нестабильной температуры и концентрации химических веществ), никелевый слой подвергается резкой коррозии. Эта чрезмерная коррозия приводит к образованию пористых, похожих на коррозию, никелевых «шипов» на поверхности контактных площадок, что непосредственно приводит к образованию черных площадок.

2. Содержание фосфора в слое никеля слишком высокое..

Концентрация фосфора в ванне химического никелирования напрямую влияет на структуру никелевого слоя. Если гальваническая ванна образует слой никеля с высоким содержанием фосфора (обычно более 12%), этот слой по своей природе становится хрупким и пористым. Эта хрупкая структура ускорит коррозию на этапе золочения. Более того, поскольку химические вещества в ванне золочения склонны к проникновениюИНГ зазоры в слое никеля, это создает идеальные условия для образования черного площадка.

3. Команда Контроль процесса ENIG ненадлежащий на протяжении всей процедуры.

Образование черного площадкаЧасто это результат плохого управления процессами. Основные ошибки включают:

Аномальные значения pH в ваннах с никелем или золотом

Несоответствующая толщина слоя золота

Старый возраст ванн химического осаждения

Недостаточная промывка после никелирования

Чрезмерное время пребывания в золотой ванне

Эти ошибки нарушат тонкий баланс реакции ENIG, что приведет к образованию черного площадкаэто неизбежно.

4. Недостаточная активация предварительно покрытой поверхности

Поверхностная активация имеет решающее значение предварительная обработка Этап, обеспечивающий равномерное осаждение слоя никеля. Если активация неполная или неравномерная, на осажденном слое никеля будут наблюдаться дефекты, возникающие в слабых местах с низкой коррозионной стойкостью. Эти слабые места корродируют в первую очередь на этапе золочения, что приводит к неравномерному нанесению слоя золота и, в конечном итоге, к образованию черного налета. площадкаокраски.

5. Чрезмерная очистка или использование абразивных зачистных губок

Предварительная очистка контактных площадок — важный этап подготовки поверхности. Однако чрезмерная очистка может привести к обратному эффекту. Использование абразивных чистящих средств или чрезмерное давление во время очистки может поцарапать или повредить основной материал контактных площадок. Эти крошечные царапины приведут к образованию мелких трещин, в результате чего едкие химические вещества будут накапливаться в никелевых или золотых пазах, ускоряя локальную коррозию.

В заключение следует сказать, что черные пятна являются прямым следствием дисбаланса химической реакции ENIG и неправильного управления процессом.

Как в Определите Black Pad?

1. Прежде всего, мы можем провести предварительную проверку посредством визуального осмотра. Обратите внимание:

Ненормальный цвет подушечек? Чёрные подушечки могут иметь локальное или полное почернение, серость или тёмно-коричневый оттенок, при этом цвет теряет блеск и не удаляется протиранием.

Следы смачивания припоя: Если после пайки на контактных площадках остаются «впадины» припоя, или некоторые области не покрыты припоем, или по краям паяных соединений появляются черные пятна, то, скорее всего, это вызвано плохим смачиванием черных контактных площадок.

Регулярность партии: Чёрные контактные площадки часто появляются в партиях печатных плат. Если несколько контактных площадок в одной партии печатных плат демонстрируют одинаковые отклонения в цвете или проблемы со смачиванием, и они сосредоточены в определённых областях (например, платы, обработанные в одной гальванической ванне), то весьма вероятно, что причиной являются именно чёрные контактные площадки.

2. Быстрое определение с помощью физических и простых химических тестов.

Тест на очистку: Смочите ватный тампон безводным этанолом или изопропиловым спиртом и аккуратно протрите им проблемный участок паяльной площадки. Если его невозможно протереть, и на поверхности паяльной площадки нет явных царапин, вероятность наличия чёрной площадки (чёрной площадки) крайне высока.

Тест на адгезию ленты: Наклейте высокопрочную клейкую ленту и быстро снимите её. Чёрная поверхность контактной площадки вместе с золотым слоем и слоем корродированного никеля отвалится, обнажив чёрную корродированную подложку.

Тест на смачивание: Используйте стандартный припой для ручной пайки контактной площадки. Наблюдайте за скоростью растекания припоя. Припой в области чёрной площадки быстро сожмётся в шарик или вообще не приклеится.

3. Используйте профессиональные инструменты для анализа и получайте точное подтверждение.

Металлографическое шлифование и микроскопическое наблюдение: Отрежьте сечение контактной площадки при помощи отрезного станка и рассмотрите его с помощью металлографического микроскопа — на черной площадке (черная площадка) будет виден пористый слой никеля, коррозионные раковины или черный слой коррозии между слоем золота и слоем никеля.

ЭЦП: Проверьте элементный состав паяльной площадки. Для чёрной площадки (ENIG) будет наблюдаться аномальное снижение содержания никеля, повышение содержания кислорода (окислительная коррозия) или локальное повышение содержания фосфора.

РФА: Быстрое определение толщины золотого слоя и состояния никелевого слоя. Чёрная зона на контактной площадке часто сопровождает неравномерную толщину золотого слоя (локальное утончение) или аномальную толщину никелевого слоя.

Как предотвратить Черные колодки?

1. Строго контролировать параметры гальванической ванны ENIG (профилактика сердечников)

•     Контролируйте коррозионную активность золотосодержащей ванны и регулярно проверяйте концентрацию химикатов.
•     Строго установите температуру (обычно 40–45 ℃),) и время пребывания (обычно 3–5 минут).
•     Стабилизировать содержание фосфора в слое химического никелирования на уровне 8%–10% (не превышайте 12%).
•     Поддерживайте значение pH ванны никеля на уровне 4.5.–5.5 и контролируйте значение pH золотой ванны на уровне 6.0–8.0, избегая нарушения кислотно-щелочного баланса, которое может вызвать аномальные реакции.
•     Используйте деионизированную воду высокой чистоты (проводимость ≤ 10 μСм/см) для приготовления гальванического раствора и промывочной воды с целью предотвращения загрязнения гальванической ванны примесями.

2. Стандартизировать предварительная обработка и процессы последующей обработки

•     Перед нанесением покрытия следует сначала применить щадящий метод очистки.
•     На этапе активации используется разбавленный раствор кислоты (например, 5% серной кислоты), чтобы гарантировать удаление оксидного слоя с припойной площадки без повреждения основного материала.
•     После никелирования проводят 3-4 стадии противоточной промывки.
•     Вода, используемая на последнем этапе ополаскивания, должна проверяться на проводимость в режиме реального времени, чтобы убедиться в отсутствии остатков химических веществ из ванны никелирования.
•     После нанесения золотого покрытия его сразу же сушат горячим воздухом (при температуре 60-80°C). ℃),) для предотвращения образования остатков воды, вызывающих последующую коррозию.

3. Оптимизировать припойусловия и хранение

•     Используйте припой, совместимый с ENIG (например, бессвинцовый припой SAC305), и контролируйте температуру пайки оплавлением (пиковая температура 240 °C).–250 ℃),) и время (время выдержки 60–90 секунд).
•     Место хранения печатных плат должно быть сухим (влажность ≤ 60%) и круто.
•     Упаковка должна включать вакуумные влагонепроницаемые пакеты + осушители для предотвращения попадания влаги во время транспортировки.

4. Усилить мониторинг процессов и прослеживаемость качества

•     Берите образцы из каждой партии печатных плат, чтобы своевременно обнаружить ранние признаки черных контактных площадок.
•     Регулярно проверяйте химические параметры гальванической ванны, толщину слоя золота (обеспечивая 0.05–0.15 μм) и толщина слоя никеля (обычно 2–5 μм).
•     Регулярно проводите техническое обслуживание гальванической ванны.

5. Выбор альтернативного процесса (сценарии высокого риска)

Для высоконадежных изделий, не терпящих черных электродов (например, аэрокосмическое и медицинское оборудование), процесс ENIG можно заменить на ENEPIG.

Как коррозия никеля создает a Черный блокнот?

Образование чёрных пятен в основном обусловлено неконтролируемой коррозией никелевого слоя в процессе ENIG. Коррозия никелевого слоя — это не единичная реакция, а последовательный процесс «растворение — окисление — хрупкость».

После того, как обычная реакция замещения в ванне золотого покрытия выходит из-под контроля, слой никеля подвергается чрезмерному растворению и реагирует с кислородом и фосфором, образуя черные пористые продукты коррозии, такие как NiO, Ni₂O₃, и Ни₃P. Эти продукты накапливаются на границе раздела золото-никель, разрушая металлургическую связь между ними, что приводит к смещению золотого слоя, почернению поверхности контактной площадки и потере смачиваемости припоем. Это уникальный механизм формирования черной контактной площадки ENIG.

Гиперкоррозия никеля

Чрезмерная коррозия никелевого слоя является наиболее важным фактором, способствующим образованию чёрной подложки. Основные различия и особенности этой коррозии по сравнению с обычной коррозией представлены в таблице ниже:

Короче говоря, гипер-Коррозия никелевого слоя является «ключевой причиной» образования черной накладки.

Заключение

Цвет - Черный. колодки Являются распространённым дефектом на платах ENIG и довольно сложно обнаруживаются. Прочитав эту статью, вы сможете понять механизм образования, методы обнаружения и меры профилактики чёрных пятен. колодки. Это будет существенно способствовать повышению надежности печатных плат и позволит избежать высоких затрат.

О PCBasic

Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый  - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.

Часто задаваемые вопросы о Black Pads

1. Можно ли отремонтировать Black Pad?

В некоторых случаях ремонт можно осуществить путём удаления исходного покрытия ENIG и повторного нанесения никеля и золота. Однако, если слой никеля подвергся сильной гиперкоррозии, большинство печатных плат не подлежат эффективному ремонту.

2. Какая толщина золота безопасна?

Принято считать, что толщина золота от 2 до 5 микродюймов является относительно безопасным и распространенным диапазоном.

3. Может ли температура оплавления ухудшить дефекты Black Pad?

Высокая температура сама по себе не приводит к появлению чёрных пятен, но делает существующие дефекты более заметными. В частности, это проявляется в следующем:

Ускоряют хрупкое разрушение паяных соединений

Облегчить выявление дефектов формирования интерметаллических соединений никеля и кремния (ИМС)

Более вероятно возникновение разрывов цепи во время температурных циклов