PCB'lerin yüzey işleme sürecinde, oldukça yıkıcı ve en sorunlu bir arıza türü olan siyah pedler bulunur. Siyah pedler, genellikle bir süre sonra "gizlendikleri" için yüksek riskli bir sorundur. lehimve sonra sessizce lehim bağlantılarının uzun vadeli güvenilirliğini baltalarlar.

Bu makalenin devamında siyah bir p'nin ne olduğunu sistematik olarak açıklayacağız.ad Bu, neden oluştuğu, nasıl tespit edileceği ve pratik önleme ve tedavi yöntemleri hakkında bilgi sağlar. Güvenilmez ENIG kaplaması, kırılgan lehim bağlantıları veya anormal ürün arızalarıyla karşılaştıysanız, bu içerik, siyah noktanın ardındaki mekanizmayı derinlemesine anlamanıza yardımcı olabilir. pedDaha fazla uzatmadan konuya geçelim Konuya hemen gelelim.

PCB'de Siyah Ped Nedir?

"Siyah" ped" PCB'ye bakıns ENIG yüzey işlem prosesi sırasında ortaya çıkan yaygın ve ciddi bir kusura.

Normal prosedürlere göre, nikel tabakası ve altın tabakası, lehim pedleri için koruma ve iyi lehimlenebilirlik sağlamak amacıyla bakır yüzeyini eşit şekilde kaplamalıdır. Ancak, hENIG işlemi sırasında hiper korozyon meydana geldiğinde, altın tabakasının altındaki nikel tabakası önemli ölçüde koyulaşacak, kararacak, kırılganlaşacak ve anormal kimyasal bileşime sahip olacak ve böylece sözde "siyah" oluşacaktır. pedleri".

Bu kusur lehim pedlerinin lehimlenebilirliğini önemli ölçüde etkileyerek lehim bağlantılarının kırılganlaşmasına, ıslanmada zayıf kalmasına, bağlantı mukavemetinin düşmesine ve hatta ürünün uzun vadede elektriksel olarak arızalanmasına yol açabilmektedir.

Tipik Görünüm PCB'deki Siyah Pedlerin

Siyah pedli bir PCBs genellikle şunu gösterir:

koyu, donuk veya "biber benzeri" siyah pedleri

nikel tane sınırları boyunca çizgiler

düzensiz altın yüzey

pedi ıslatmayı reddeden lehim

kırılgan, taneli lehim bağlantıları

Şekilde gösterildiği gibi,

Çoğu durumda, siyah pedleri çıplak gözle tespit etmek zordur. Siyah pedleri tespit etmek için genellikle kesit analizi yapmamız veya profesyonel görüntüleme ekipmanı kullanmamız gerekir. Siyah pedlerin varlığı, nikel tabakasının korozyona uğradığını gösterir. Siyah noktanın ENIG yüzeyinde çatlaklar veya mikro çatlaklar belirirse, bu, nikel tabakasının daha da kırılgan hale geldiğini gösterir.

Black Pad Neden Ciddi Bir Güvenilirlik Sorunudur?

Bunun nedeni, siyah pedin aslında lehim bağlantı arayüzünde metalurjik bir arıza olmasıdır. Daha önce de belirttiğimiz gibi, bu kusur özellikle ENIG yüzey işlemli devre kartlarında ortaya çıkmaya eğilimlidir. ENIG işleminin kendisi de yüksek güvenilirlik gerektiren durumlarda yaygın olarak kullanılır. Bu gibi durumlarda, siyah pedin zararı daha da belirginleşir. Ciddiyeti, temel olarak dört güvenilirlik tehdidiyle kendini gösterir:

1. Lehim noktası gevrekleşmesi: Mekanik dayanıklılığın kaybı

Siyah kaplama, aşınmış nikel yüzeyi ile erimiş lehim arasında anormal reaksiyonlara neden olabilir. Bu noktada oluşan artık sert nikel-kalay intermetalik bileşiği (Ni gibi) değildir.₃Sn₄), ancak daha ziyade gözenekli ve kırılgan metaller arası bileşikler (Ni gibi)₃P veya nikel oksit). Bu kırılgan katmanlar esneklikten yoksundur ve en ufak çevresel stresler bile mikro çatlaklara neden olarak lehim bağlantısının mukavemetinin azalmasına yol açabilir.

2.  Açık devre arızası: Elektrik bağlantısının tamamen kesilmesi

Siyah ped, lehim ıslatma sürecini bozacaktır. "Kısmen ıslatmama" durumu söz konusuysa (lehimin yayılmak yerine boncuklar oluşturması), kesintili elektrik bağlantıları oluşacaktır; hatta tamamen açık devreler bile meydana gelebilir. Lehim ped üzerine sürekli olarak yapışamazsa, bileşende güç veya sinyal kesintisi meydana gelecektir.

3. Potansiyel Saha Arızaları

Siyah ped kusurlarının gizlenmesi, genellikle potansiyel arızalara yol açmalarından kaynaklanmaktadır. Yani, devre kartı fabrika denetimlerinden (görünüm kontrolleri, süreklilik testleri gibi) geçer ve uygun bulunur, ancak kullanıma alındıktan sonra erken arızalanır. Bu durum, ENIG'nin güvenilirliğine güvenen endüstriler için felaket niteliğinde bir durumdur.

4. Yüksek maliyetler: Yeniden işleme, Hurda

ENIG devre kartları çoğunlukla yüksek katma değerli ürünlerde (akıllı telefonlar, endüstriyel kontrol cihazları gibi) kullanılır ve siyah peddeki arızalar doğrudan büyük ekonomik kayıplara yol açabilir.

Siyah Pedin Nedenleri

Siyah p'nin oluşumuad Anormal kimyasal reaksiyonlar ve uygunsuz proses kontrolünden kaynaklanır. Başlıca nedenleri şunlardır:

1.  Altın kaplama aşamasında nikel tabakasının aşırı korozyonu

ENIG prosesinde, altın daldırma banyosu çok aşındırıcıysa, safsızlıklarla kirlenmişse veya proses kontrolü uygun değilse (örneğin dengesiz sıcaklık ve kimyasal konsantrasyon), nikel tabakası hızla aşınır. Bu aşırı korozyon, ped yüzeyinde gözenekli, aşınmış nikel "sivri uçları" oluşturarak doğrudan siyah pedlerin oluşumuna yol açar.

2. Nikel tabakasındaki fosfor içeriği çok yüksek.

Kimyasal nikel kaplama banyosundaki fosfor konsantrasyonu, nikel tabakasının yapısını doğrudan etkiler. Kaplama banyosu yüksek fosforlu bir nikel tabakası (genellikle fosfor içeriği yaklaşık %12'yi aşar) oluşturursa, bu tabaka doğası gereği kırılgan ve gözenekli hale gelir. Bu kırılgan yapı, altın kaplama aşamasında korozyonu hızlandırır. Ayrıca, altın kaplama banyosundaki kimyasal maddeler, nikel tabakasına nüfuz etmeye eğilimli olduğundan,ing Nikel tabakasındaki boşluklar, siyahın oluşumu için ideal koşulları yaratır ped.

3. MKS ENIG proses kontrolü tüm süreç boyunca uygunsuzdur.

Siyah oluşumu pedBu durum genellikle kötü süreç yönetiminin bir sonucudur. Başlıca hatalar şunlardır:

Nikel veya altın banyolarında anormal pH değerleri

Uygunsuz altın tabaka kalınlığı

Eski kimyasalsız kaplama banyolarının yaşı

Nikel kaplamadan sonra yetersiz durulama

Altın banyosunda aşırı kalma süresi

Bu hatalar ENIG reaksiyonunun hassas dengesini bozacak ve siyah oluşumu engelleyecektir. pedkaçınılmazdır.

4. Önceden kaplanmış yüzeyin yetersiz aktivasyonu

Yüzey aktivasyonu çok önemlidir ön işlem Nikel tabakasının düzgün bir şekilde birikmesini sağlamak için bir adım. Aktivasyon eksik veya düzensiz olursa, daha sonra biriktirilen nikel tabakasında lekeler oluşur; bu lekeler, korozyon direnci düşük zayıf bölgelerde bulunur. Bu zayıf noktalar, altın kaplama aşamasında önce korozyona uğrar ve düzensiz bir altın tabakası oluşumuna ve nihayetinde siyah bir tabaka oluşmasına neden olur. pedrenklendirme.

5. Aşırı Temizlik veya Aşındırıcı Soyma Pedlerinin Kullanımı

Lehim pedlerinin ön temizliği, yüzey ön işlem sürecinde önemli bir adımdır. Ancak, temizliğin aşırıya kaçılması ters etki yaratabilir. Aşındırıcı temizlik malzemeleri kullanmak veya temizlik sırasında aşırı basınç uygulamak, lehim pedlerinin taban malzemesini çizebilir veya hasar verebilir. Bu küçük çizikler, nikel veya altın yuvalarındaki aşındırıcı kimyasalların birikmesine ve yerel korozyonu hızlandırmasına neden olarak ince çatlaklar oluşturur.

Sonuç olarak, siyah pedler ENIG kimyasal reaksiyonundaki dengesizliğin ve uygunsuz proses kontrolünün doğrudan sonucudur.

Ne kadar için Black Pad'i tanımlayın?

1. Öncelikle görsel inceleme yoluyla ön bir tarama yapabiliriz. Gözlemleyin:

Pedlerin rengi anormal mi? Siyah pedlerde lokal veya genel kararma, grileşme veya koyu kahverengi pedler görülebilir ve renk parlaklığını kaybeder ve silinerek çıkarılamaz.

Lehimin ıslanma izleri: Lehimlemeden sonra pedlerde "çukurlu" lehim boncukları varsa veya bazı alanlar lehimle kaplanmamışsa veya lehim bağlantılarının kenarlarında siyah lekelenme varsa, bunun büyük olasılıkla siyah pedlerin iyi ıslanmamasından kaynaklandığı düşünülmektedir.

Toplu düzenlilik: Siyah pedler genellikle gruplar halinde görünür. Aynı PCB partisindeki birden fazla ped aynı renk anormalliklerini veya ıslanma sorunlarını gösteriyorsa ve bunlar belirli bölgelerde yoğunlaşıyorsa (örneğin aynı kaplama banyosunda işlenen kartlar gibi), sorunun kaynağının siyah pedler olması oldukça olasıdır.

2. Fiziksel ve basit kimyasal testlerle hızlı bir şekilde belirleyin.

Temizleme testi: Bir pamuklu çubuğu susuz etanol veya izopropil alkole batırın ve lehim pedinin anormal bölgesini nazikçe silin. Silinemiyorsa ve lehim pedinin yüzeyinde belirgin çizikler yoksa, siyah ped (black pad) olma olasılığı son derece yüksektir.

Bant yapışma testi: Yüksek mukavemetli bir yapışkan bant yapıştırın ve hızlıca soyun. Siyah ped alanı, altın tabaka ve aşınmış nikel tabaka ile birlikte düşecek ve altındaki siyah aşınmış alt tabaka ortaya çıkacaktır.

Islatma testi: Lehim pedinde manuel lehimleme yapmak için standart lehim teli kullanın. Lehimin yayılma hızına dikkat edin. Siyah ped bölgesindeki lehim hızla büzüşerek top şeklini alacak veya hiç yapışmayacaktır.

3. Analizlerinizde profesyonel aletler kullanın ve kesin doğrulamaya ulaşın.

Metalografik kesit alma ve mikroskop gözlemi: Lehim pedinin kesitini bir dilimleme makinesi kullanarak kesin ve metalografik mikroskopla inceleyin - siyah ped (black pad) gözenekli bir nikel tabakası, korozyon boşlukları veya altın tabakası ile nikel tabakası arasında siyah bir korozyon tabakası gösterecektir.

EDS: Lehim pedinin element bileşimini test edin. Siyah pedde (ENIG) nikel içeriğinde anormal bir azalma, oksijen içeriğinde artış (oksidasyon korozyonu) veya lokal olarak daha yüksek fosfor içeriği görülecektir.

XRF: Altın tabakasının kalınlığını ve nikel tabakasının durumunu hızla tespit edin. Siyah ped alanı genellikle altın tabakasının eşit olmayan kalınlığına (yerel incelme) veya nikel tabakasının anormal kalınlığına eşlik eder.

Nasıl Önlenir Siyah Pedler？

1. ENIG kaplama banyosunun parametrelerini sıkı bir şekilde kontrol edin (çekirdek önleme)

•     Altın daldırma banyosunun aşındırıcılığını kontrol edin ve kimyasal konsantrasyonunu düzenli olarak test edin.
•     Sıcaklığı kesin olarak ayarlayın (genellikle 40-45℃) ve kalış süresi (genellikle 3-5 dakika).
•     Kimyasal nikel kaplama tabakasının fosfor içeriğini %8'de sabitleyin-%10 (12%'yi aşmaktan kaçının).
•     Nikel banyosunun pH değerini 4.5'te tutun-5.5 ve altın banyosunun pH değerini 6.0'da kontrol edin-8.0, anormal reaksiyonlara neden olabilecek asit-baz dengesizliğinden kaçınılmalıdır.
•     Yüksek saflıkta deiyonize su kullanın (iletkenlik ≤ 10 μKaplama çözeltisinin hazırlanması ve kaplama tankının safsızlık kontaminasyonunu önlemek için durulama suyunun kullanılması (S/cm).

2. Standartlaştırın ön işlem ve tedavi sonrası süreçler

•     Kaplama işlemine başlamadan önce öncelikle nazik bir temizleme yöntemi uygulanmalıdır.
•     Aktivasyon adımında, lehim pedi oksit tabakasının taban malzemesine zarar vermeden çıkarılmasını sağlamak için seyreltilmiş asit çözeltisi (örneğin %5 sülfürik asit) kullanılır.
•     Nikel kaplamanın ardından 3-4 aşamalı ters akışlı durulama işlemi yapılır.
•     Durulama işleminin son aşamasında kullanılan suyun, nikel banyosundan herhangi bir kimyasal kalıntı kalmadığından emin olmak için gerçek zamanlı olarak iletkenlik açısından test edilmesi gerekir.
•     Altın kaplama işleminden sonra hemen sıcak hava ile (60-80°C sıcaklıkta) kurutulur.℃) su kalıntılarının daha sonra korozyona neden olmasını önlemek için.

3. optimize lehimsaklama ve depolama koşulları

•     ENIG ile uyumlu lehim kullanın (örneğin SAC305 kurşunsuz lehim) ve reflow lehimleme sıcaklığını kontrol edin (tepe 240-250℃) ve zaman (tutma süresi 60-90 saniye).
•     PCB depolama ortamı kuru olmalıdır (nem ≤ 60%) ve harika.
•     Paketlemede, taşıma sırasında nemin içeri girmesini önlemek için vakumlu nem geçirmez torbalar + kurutucular kullanılmalıdır.

4. Süreç izlemeyi ve kalite izlenebilirliğini güçlendirin

•     Siyah pedlerin erken belirtilerini tespit etmek için her PCB partisinden numune alın.
•     Kaplama banyosunun kimyasal parametrelerini, altın tabakasının kalınlığını (0.05'in üzerinde olmasını sağlayarak) düzenli olarak test edin.-0.15 μm) ve nikel tabakasının kalınlığı (tipik olarak 2-5 μm).
•     Kaplama banyosunu düzenli olarak bakımını yapın.

5. Alternatif Proses Seçimi (Yüksek Riskli Senaryolar)

Siyah pedlere karşı sıfır toleransı olan yüksek güvenilirlikli ürünlerde (örneğin havacılık ve tıbbi ekipman) ENIG prosesi ENEPIG ile değiştirilebilir.

Nikel Korozyonu Nasıl Oluşur? a Siyah Ped?

Siyah ped oluşumu, temel olarak ENIG işleminde nikel tabakasının kontrolsüz korozyonundan kaynaklanmaktadır. Nikel tabakasının korozyonu tek bir reaksiyon değil, "çözünme - oksidasyon - kırılganlık" şeklinde sıralı bir süreçtir.

Altın kaplama banyosundaki normal değiştirme reaksiyonu kontrolden çıktıktan sonra, nikel tabakası aşırı çözünmeye uğrar ve oksijen ve fosforla reaksiyona girerek NiO, Ni gibi siyah gözenekli korozyon ürünleri oluşturur.₂O₃ve Ni₃P. Bu ürünler altın-nikel ara yüzeyinde birikerek, ikisi arasındaki metalurjik bağ kuvvetini yok eder ve altın tabakasının yüzmesine, ped yüzeyinin kararmasına ve lehim ıslatma kabiliyetini kaybetmesine neden olur. Bu, siyah ped ENIG'in özel oluşum mekanizmasıdır.

Nikelin Hiper Korozyonu

Nikel tabakasının aşırı korozyonu, siyah tabakanın oluşumundaki en kritik faktördür. Bu korozyon ile normal korozyon arasındaki temel farklar ve özellikler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir:

Kısacası, hiperNikel tabakasının aşınması, siyah pedin oluşumunun arkasındaki "temel etkendir".

Sonuç

ZENÇI pedleri ENIG devre kartlarında yaygın bir kusurdur ve tespit edilmesi oldukça zordur. Bu makaleyi okuyarak, siyah noktaların oluşum mekanizmasını, tespit yöntemlerini ve önleyici tedbirleri anlayabileceksiniz. pedleriBunlar PCB'lerin güvenilirliğinin artırılmasına ve yüksek maliyetlerin önlenmesine büyük katkı sağlayacaktır.

PCBasic Hakkında

Projelerinizde zaman paradır ve PCBtemel alır. PCBasic bir PCB montaj şirketi her seferinde hızlı ve kusursuz sonuçlar veren kapsamlı PCB montaj hizmetleri Her adımda uzman mühendislik desteği sağlayarak her panoda en yüksek kaliteyi garanti altına alıyoruz. Önde gelen bir PCB montaj üreticisi, Tedarik zincirinizi kolaylaştıran tek noktadan çözüm sunuyoruz. Gelişmiş çözümlerimiz ile iş ortaklığı yapıyoruz. PCB prototip fabrikası Hızlı geri dönüşler ve güvenebileceğiniz üstün sonuçlar için.

Siyah Pedler Hakkında SSS

1. Black Pad tamir edilebilir mi?

Bazı durumlarda, orijinal ENIG kaplaması çıkarılıp nikel ve altınla yeniden kaplanarak onarım sağlanabilir. Ancak, nikel tabakası ciddi bir "aşırı korozyon"a maruz kalmışsa, çoğu PCB etkili bir şekilde onarılamaz.

2. Ne kadar kalınlıkta altın güvenlidir?

Genel olarak 2 ila 5 mikro inçlik altın kalınlığının nispeten güvenli ve yaygın bir aralık olduğu düşünülmektedir.

3. Reflow sıcaklığı Black Pad arızalarını kötüleştirir mi?

Yüksek sıcaklık tek başına siyah noktalara neden olmaz, ancak mevcut kusurları daha belirgin hale getirir. Bu durum özellikle şu şekilde ortaya çıkar:

Lehim bağlantılarının kırılgan kırılmasını hızlandırır

Nikel-silisyum intermetalik bileşiklerin (IMC) zayıf oluşumunun ortaya çıkarılmasını kolaylaştırmak

Termal döngü sırasında açık devreler yaşama olasılığı daha yüksektir