ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) on yksi yleisimmin käytetyistä pintakäsittelyistä modernissa piirilevyteollisuudessa. Sen etuihin kuuluvat: lyijyttömyys, helppo juotettavuus, hapettumisenkestävyys ja jopa korkeammat valmistuskustannukset kuin muilla menetelmillä, kuten OPS:lla ja HASL:llä, mutta sitä käytetään silti yleisemmin arvokkaiden, tiheiden, korkealaatuisten, BGA-koteloitujen ja RoHS-yhteensopivien piirilevyjen, kuten lääketieteen, älypuhelinten, televiestinnän ja armeijan elektroniikan, valmistuksessa.
Yksi ENIGin ympärillä olevista virheistä on musta tyyny, jota kutsutaan myös fosforirikkaaksi kerrokseksi. Se näkyy yleensä tummina läiskinä nikkelikerroksessa kullan alla. Nämä läiskät johtuvat nikkelikorroosiosta. Alla on lueteltu sen muodostuminen, ominaisuudet ja negatiiviset vaikutukset:
I. Mustan tyynyn/fosforirikkaiden kerrosten muodostuminen
Fosforirikkaat kerrokset muodostuvat pääasiassa sähköttömän nikkeli-immersiokullan (ENIG) kahdessa vaiheessa:
1. Kemiallinen nikkelipinnoitusprosessi (Ni-P-kerroksen muodostaminen):
ENIG-prosessissa pinnoitteille kerrostettu pinta ei ole puhdasta nikkeliä, vaan nikkeli-fosforiseosta. Pinnoituskylvyn pelkistävä aine (kuten natriumhypofosfiitti) pelkistää ja kerrostaa nikkeli-ioneja katalyysin vaikutuksesta, ja samalla fosforia (P) kerrostuu pinnoitteeseen. Fosforipitoisuuden perusteella pinnoite voidaan jakaa vähäfosforisiin (2–5 %), keskifosforisiin (6–9 %) ja runsasfosforisiin (> 10 %) pinnoitteisiin. Keskifosforipitoisia pinnoitteita käytetään yleisesti ENIG-prosessissa.
2. Immersiokulta (mikä johtaa fosforin rikastumiseen):
● Nikkelöinnin jälkeen suoritetaan immersiokultaus. Immersiokultaus on kemiallinen syrjäytysreaktio: kultaionit syrjäyttävät nikkeliatomit nikkelikerroksen pinnalta pinnoituskylvyssä, nikkeliatomit liukenevat kultaliuokseen ja kultaatomit kerrostuvat nikkelikerroksen pinnalle.
● Tämä syrjäytysreaktio syövyttää selektiivisesti nikkelikerrosta; nikkeliatomit liukenevat selektiivisesti, kun taas fosforiatomit eivät osallistu reaktioon eivätkä liukene kultaliuokseen.
● Siksi upotuskullan prosessissa nikkelikerroksen pinnalla olevat nikkeliatomit liukenevat jatkuvasti, jolloin jäljelle jää fosforiatomeja. Tämä muodostaa nikkelikerroksen päälle erittäin ohuen kerroksen, jonka fosforipitoisuus on paljon korkeampi kuin nikkelikerroksen pääpitoisuuden – tämä on "fosforirikas kerros". Sen fosforipitoisuus voi olla jopa 20 % tai enemmän (atomiprosentti).
Yhteenvetona: Fosforirikas kerros on nikkelin selektiivisen korroosion ja liukenemisen tuote ENIG-kultaupotusprosessin aikana, mikä johtaa jäännös- ja rikastettuihin fosforiatomeihin nikkelin ja kullan rajapinnassa.
II. Fosforirikkaan kerroksen ominaisuudet
1. Kemiallinen koostumus: Pääkomponentit ovat fosfori (P) ja jonkin verran nikkeliä (Ni), joka saattaa esiintyä amorfisina nikkeli-fosforiyhdisteinä (kuten Ni3P).
2. Morfologia ja paksuus: Hyvin ohut, tyypillisesti vain kymmeniä tai satoja nanometrejä (nm), sijaitsee nikkelikerroksen (Ni-P) ja kultakerroksen (Au) rajapinnassa ja näkyy elektronimikroskoopissa kirkkaana, ohuena viivana.
3. Fysikaaliset ominaisuudet: Korkea resistiivisyys, sen kriittisin ominaisuus ja tärkein syy sen haitallisiin vaikutuksiin piirilevyn suorituskykyyn: Fosforirikkaan kerroksen resistiivisyys on paljon korkeampi kuin metallisen nikkelin ja kullan, mikä tekee siitä huonon sähkönjohtimen.
III. Fosforirikkaan kerroksen haitalliset vaikutukset juotoksen luotettavuuteen:
1. "Mustan juotoksen" vika: Tämä on vakavin fosforipitoisen kerroksen aiheuttama laatuvirhe. Jos upotuskullan juottaminen tapahtuu hallitsemattomasti (esim. liian pitkä tai liian aktiivinen kultaneste), se johtaa liialliseen korroosioon, jolloin muodostuu liian paksu, yhtenäinen fosforipitoinen kerros. Juottamisen aikana, pintakullan liukenemisen jälkeen, juote osuu korkean resistiivisyyden omaavaan fosforipitoiseen kerrokseen, mutta ei nikkelikerrosta.
2. Huono juotettavuus ja kylmäjuotosliitokset: Juotos ei pysty muodostamaan tehokasta metallurgista sidosta korkean resistiivisyyden omaavan fosforipitoisen kerroksen kanssa (hyvän Ni3Sn4 IMC:n muodostaminen on vaikeaa), mikä johtaa huonoon juotosliitoksen kostumiseen, kylmäjuotosliitoksiin ja erittäin alhaiseen liitoslujuuteen.
3. Heikko juotosliitos: Vaikka juotosliitos muodostuisikin, rajapinnan sidos on hyvin heikko, ja se halkeilee helposti fosforipitoisesta kerroksesta mekaanisen rasituksen tai lämpöshokin vaikutuksesta.
Benlida on ollut piirilevyjen valmistuksen tekninen asiantuntija 14 vuoden kokemuksella. Vuosien kokemuksella prosessien optimoinnista ja teknisistä päivityksistä olemme asiantuntevia välttämään ENIG-piirilevyjen "mustan pinnan" vikoja. Ammattimaisten laitteiden ja suunnittelu- ja laatutiimin avulla Benlida tarjoaa myös analyysipalveluita ja -ratkaisuja:
● Juotospintojen korkean resoluution pyyhkäisyelektronimikroskopia ja energiadispersiivinen spektroskopia sekä poikkileikkausanalyysi mahdollistavat fosforipitoisen kerroksen läsnäolon, paksuuden ja jatkuvuuden selkeän havaitsemisen, jolloin alkuaineet ja muodostumisprosessit voidaan analysoida tarkasti ja saadaan tietoa prosessianalyysiä varten.
● "Mustan juotoskohdan" vian analyysi: Kun juotosliitoksissa on ongelmia, kuten kostumattomuus, huono juotos tai riittämätön lujuus, laatutiimimme analysoi mikrorakenneanalyysin avulla, onko vian syynä fosforipitoisesta kerroksesta johtuva "mustan juotoskohdan" vika, ja siten paikantaa prosessiongelman perimmäisen syyn.
● Prosessin optimointi: Vertailemalla ja analysoimalla rajapintaolosuhteita erilaisten nikkelipinnoitus-/kultaupotusprosessiparametrien rajoissa autamme asiakkaita optimoimaan ENIG-prosessia, estämään liiallisen fosforipitoisen kerroksen kasvun ja parantamaan juotoksen saantoa ja luotettavuutta lähteestä lähtien.
● Kattava luotettavuustestaus: Tarjoamme luotettavuustestejä, kuten lämpösyklejä ja korkean lämpötilan/korkean kosteuden testejä, juotosliitosten pitkäaikaisen luotettavuuden arvioimiseksi ja vikojen aiheuttamien mahdollisten riskien arvioimiseksi.
Jos projektissasi ilmenee pintakäsittelyyn liittyviä ongelmia, kuten mustia juotospisteitä, huonoa ulkonäköä, irtonaisia juotospisteitä tai juotosliitoksen halkeilua, ota yhteyttä Benlidaan saadaksesi lisätietoja tuotantoprosesseistamme ja laadunvalvonnastamme. Tukeaksemme asiakkaitamme tarjoamme kilpailukykyisiä hintoja ja konsultointipalveluita. Ammattitaitoisen tuotantolaitoksen, suunnittelun ja laatuinsinöörien avulla Benlida valmistaa mielellään sinulle hyviä piirilevyjä!
fi
WhatsApp