היווצרות, מאפיינים והשפעות שליליות של "כרית שחורה" קשורים לטיפול פני שטח ENIG

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) הוא אחד מטיפולי השטח הנפוצים ביותר בתעשיית המעגלים המודפסים של מורדן. יתרונותיו כוללים: נטול עופרת, קל להלחמה, עמידות בפני חמצון, ואף עלות הייצור גבוהה יותר מגישות אחרות כמו OPS ו-HASL, אך עדיין נוטים יותר ליישם אותם על מעגלים מודפסים בעלי ערך גבוה, צפיפות גבוהה ואיכות גבוהה, בעלי חבילות BGA ותאימות RoHS, כגון אלקטרוניקה לרפואה, סמארטפונים, טלקומוניקציה וצבא.

אחד הפגמים סביב ENIG הוא שכבה שחורה, המכונה גם שכבה עשירה בזרחן. היא בדרך כלל מתבטאת ככתמים כהים על שכבת הניקל שמתחת לזהב. כתמים אלה נגרמים כתוצאה מקורוזיית ניקל. להלן היווצרותה, מאפייניה והשפעותיה השליליות:

א. היווצרות שכבות עשירות בזרחן/כרית שחורה

שכבות עשירות בזרחן נוצרות בעיקר בשני שלבים של תהליך ENIG (זהב טבילה ללא אלקטרוליטי ניקל):

1. תהליך ציפוי ניקל אלקטרולס (יצירת שכבת Ni-P):

בתהליך ENIG, המשטח המופקד על הפדים אינו ניקל טהור, אלא סגסוגת ניקל-זרחן. חומר המחזר באמבט הציפוי (כגון נתרן היפופוספיט) מפחית ומשקיע יוני ניקל תחת קטליזה, בעוד שזרחן (P) גם הוא מושקע יחד בציפוי. בהתבסס על תכולת הזרחן, ניתן לחלק אותו לזרחן נמוך (2-5%), זרחן בינוני (6-9%) וזרחן גבוה (>10%). ציפויים בעלי זרחן בינוני נמצאים בשימוש נפוץ ב-ENIG.

2. זהב טבילה (המוביל להעשרת זרחן):

● זהב טבילה מתבצע לאחר ציפוי ניקל. זהב טבילה הוא תגובת עקירה כימית: יוני זהב דוחקים אטומי ניקל מפני השטח של שכבת הניקל באמבט הציפוי, אטומי הניקל מתמוססים בתמיסת הזהב, ואטומי זהב שוקעים על פני השטח של שכבת הניקל.

● תגובת עקירה זו גורמת לשחיקה סלקטיבית של שכבת הניקל; אטומי ניקל מתמוססים באופן סלקטיבי, בעוד שאטומי זרחן אינם משתתפים בתגובה ואינם מתמוססים בתמיסת הזהב.

● לכן, במהלך תהליך הטבילה של זהב, אטומי ניקל על פני שכבת הניקל מתמוססים ברציפות, ומשאירים אחריהם אטומי זרחן. זה יוצר שכבה דקה ביותר בחלק העליון של שכבת הניקל עם ריכוז זרחן גבוה בהרבה משכבת ​​הניקל בתפזורת - זוהי "השכבה העשירה בזרחן". תכולת הזרחן שלה יכולה להגיע ל-20% או יותר (אחוז אטומי).

לסיכום: השכבה העשירה בזרחן היא תוצר של קורוזיה סלקטיבית והתמוססות של ניקל במהלך תהליך טבילת זהב ב-ENIG, וכתוצאה מכך נותרים אטומי זרחן שיוריים ומועשרים בממשק ניקל-זהב.

II. מאפייני השכבה העשירה בזרחן

1. הרכב כימי: המרכיבים העיקריים הם זרחן (P) ומעט ניקל (Ni), שייתכן שקיימים כתרכובות ניקל-זרחן אמורפיות (כגון Ni3P).

2. מורפולוגיה ועובי: דק מאוד, בדרך כלל רק עשרות עד מאות ננומטרים (ננומטר), ממוקם בממשק שבין שכבת הניקל (Ni-P) לשכבת הזהב (Au), ונראה כקו דק ובהיר תחת מיקרוסקופ אלקטרונים.

3. תכונות פיזיקליות: התנגדות גבוהה, המאפיין הקריטי ביותר שלה והסיבה העיקרית להשפעות השליליות שלה על ביצועי מעגלים: ההתנגדות של השכבה העשירה בזרחן גבוהה בהרבה מזו של ניקל וזהב מתכתיים, מה שהופך אותה למוליך חשמל גרוע.

ג. השפעות שליליות של השכבה העשירה בזרחן על אמינות ההלחמה:

1. פגם "פד שחור": זהו פגם האיכות החמור ביותר הנגרם על ידי השכבה העשירה בזרחן. אם תהליך ההלחמה של זהב בטבילה יוצא משליטה (למשל, נוזל זהב ארוך מדי ופעיל מדי), הדבר יוביל לקורוזיה מוגזמת, ויוצר שכבה עשירה בזרחן רציפה ועבה מדי. במהלך ההלחמה, לאחר ששכבת הזהב על פני השטח מתמוססת, ההלחמה נתקלת בשכבה העשירה בזרחן בעלת התנגדות גבוהה, אך לא בשכבת הניקל.

2. יכולת הלחמה ירודה ומחברי הלחמה קרים: ההלחמה אינה יכולה ליצור קשר מתכות יעיל עם השכבה העשירה בזרחן בעלת ההתנגדות הגבוהה (קשה ליצור Ni3Sn4 IMC טוב), וכתוצאה מכך הרטבה ירודה של מחברי הלחמה, מחברי הלחמה קרים וחוזק חיבור נמוך במיוחד.

3. חיבור הלחמה חלש: גם אם נוצר חיבור הלחמה, הקשר הבין-פנימי חלש מאוד, והוא נוטה להיסדק מהשכבה העשירה בזרחן, כאשר הוא מופעל תחת כוח מכני או הלם תרמי.

חברת Benlida היא מומחית טכנית בייצור PCB במשך 14 שנים. עם שנים של אופטימיזציה של תהליכים ושדרוגים טכניים, היא מומחית במניעת פגמי "pad שחור" ב-ENIG. בהסתמך על ציוד מקצועי וצוות הנדסה ואיכות, Benlida מספקת גם שירותי ופתרונות ניתוח:

● מיקרוסקופ אלקטרונים סורק ברזולוציה גבוהה וספקטרוסקופיית פיזור אנרגיה, ניתוח חתך רוחב של פדי ההלחמה, צופים בבירור בנוכחות, בעובי ובהמשכיות של השכבה העשירה בזרחן, ולכן מנתחים במדויק את היסודות, את סיבות ההיווצרות ומספקים נתונים לניתוח התהליך.

● ניתוח פגם "רפידה שחורה": כאשר יש בעיות בחיבורי הלחמה כגון אי-רטיבות, הלחמה לקויה או חוזק לא מספק, צוות האיכות שלנו מנתח את הסיבות לכשל הנגרם מפגם "רפידה שחורה" הנובע משכבה עשירה בזרחן באמצעות ניתוח מיקרו-מבני, ובכך מאתר את שורש הבעיה בתהליך.

● אופטימיזציה של תהליכים: על ידי השוואה וניתוח של תנאי הממשק תחת פרמטרים שונים של תהליך ציפוי ניקל/טבילה בזהב, אנו מסייעים ללקוחות באופטימיזציה של תהליך ENIG, עיכוב צמיחת שכבות עשירות בזרחן מוגזמת ושיפור תפוקת ההלחמה והאמינות מהמקור.

● בדיקות אמינות מקיפות: אנו מספקים בדיקות אמינות כגון מחזורי חום ובדיקות בטמפרטורה גבוהה/לחות גבוהה כדי להעריך את האמינות ארוכת הטווח של חיבורי הלחמה ולהעריך את הסיכונים הפוטנציאליים הנגרמים מפגמים.

אם הפרויקט שלכם נתקל בבעיות כגון פדים שחורים, מראה גרוע, אובדן פדים, הלחמה לקויה או סדקים בחיבורי הלחמה, הקשורים לטיפול פני השטח ENIG, אנא צרו קשר עם Benlida כדי לדעת עוד על תהליכי הייצור ובקרת האיכות שלנו. כדי לתמוך בלקוחותינו, אנו מציעים מחיר תחרותי ושירותי ייעוץ. עם מתקן ייצור מקצועי, הנדסה ומהנדסי איכות, Benlida שמחה לייצר עבורכם PCB איכותי!