ENIG (Níquel Electrolítico por Inmersión en Oro) es uno de los tratamientos de superficie más comunes en la industria moderna de PCB. Entre sus ventajas se incluyen: ausencia de plomo, fácil soldadura, resistencia a la oxidación y, aunque su coste de fabricación es superior al de otros métodos como OPS y HASL, se suele aplicar en PCB de alto valor, alta densidad y alta calidad, con encapsulado BGA y que cumplen con la normativa RoHS, como en electrónica para aplicaciones médicas, de teléfonos inteligentes, de telecomunicaciones y militares.
Uno de los defectos en la ENIG es la capa negra, también llamada capa rica en fósforo. Normalmente se presenta como manchas oscuras en la capa de níquel bajo el oro. Estas manchas son causadas por la corrosión del níquel. A continuación, se detallan su formación, características y efectos negativos:
I. Formación de capas de almohadilla negra/ricas en fósforo
Las capas ricas en fósforo se forman principalmente durante dos pasos del proceso de oro por inmersión en níquel sin corriente eléctrica (ENIG):
1. Proceso de niquelado químico (formación de la capa de Ni-P):
En el proceso ENIG, la superficie depositada sobre las almohadillas no es níquel puro, sino una aleación de níquel-fósforo. El agente reductor del baño de galvanoplastia (como el hipofosfito de sodio) reduce y deposita iones de níquel mediante catálisis, mientras que el fósforo (P) también se codeposita en el recubrimiento. Según el contenido de fósforo, se puede dividir en bajo (2-5%), medio (6-9%) y alto (>10%). Los recubrimientos con fósforo medio se utilizan comúnmente en ENIG.
2. Oro por inmersión (que conduce al enriquecimiento de fósforo):
● El oro por inmersión se realiza después del niquelado. El oro por inmersión es una reacción química de desplazamiento: los iones de oro desplazan los átomos de níquel de la superficie de la capa de níquel en el baño de niquelado, estos se disuelven en la solución de oro y los átomos de oro se depositan en la superficie de la capa de níquel.
● Esta reacción de desplazamiento corroe selectivamente la capa de níquel; los átomos de níquel se disuelven selectivamente, mientras que los átomos de fósforo no participan en la reacción y no se disuelven en la solución de oro.
● Por lo tanto, durante el proceso de oro por inmersión, los átomos de níquel en la superficie de la capa de níquel se disuelven continuamente, dejando átomos de fósforo. Esto forma una capa extremadamente delgada en la parte superior de la capa de níquel con una concentración de fósforo mucho mayor que la de la capa de níquel en masa: esta es la "capa rica en fósforo". Su contenido de fósforo puede alcanzar el 20 % o más (porcentaje atómico).
En resumen: La capa rica en fósforo es un producto de la corrosión selectiva y la disolución del níquel durante el proceso de inmersión en oro ENIG, lo que da como resultado átomos de fósforo residuales y enriquecidos en la interfaz níquel-oro.
II. Características de la capa rica en fósforo
1. Composición química: Los componentes principales son fósforo (P) y algo de níquel (Ni), posiblemente existiendo como compuestos amorfos de níquel-fósforo (como Ni3P).
2. Morfología y espesor: Muy delgado, típicamente de sólo decenas a cientos de nanómetros (nm), ubicado en la interfaz entre la capa de níquel (Ni-P) y la capa de oro (Au), y aparece como una línea delgada y brillante bajo el microscopio electrónico.
3. Propiedades físicas: Alta resistividad, su característica más crítica y la principal razón de sus efectos adversos en el rendimiento de la placa de circuito: La resistividad de la capa rica en fósforo es mucho mayor que la del níquel y el oro metálicos, lo que la convierte en un mal conductor de electricidad.
III. Efectos adversos de la capa rica en fósforo en la fiabilidad de la soldadura:
1. Defecto de "almohadilla negra": Este es el defecto de calidad más grave causado por la capa rica en fósforo. Si el proceso de inmersión en oro se descontrola (por ejemplo, si el fluido de oro es demasiado largo o demasiado activo), se producirá una corrosión excesiva, formando una capa de fósforo excesivamente gruesa y continua. Durante la soldadura, una vez disuelta la capa superficial de oro, la soldadura topa con la capa de fósforo de alta resistividad, pero no con la capa de níquel.
2. Mala soldabilidad y juntas de soldadura frías: la soldadura no puede formar una unión metalúrgica efectiva con la capa rica en fósforo de alta resistividad (es difícil formar un buen IMC de Ni3Sn4), lo que da como resultado una mala humectación de la junta de soldadura, juntas de soldadura frías y una resistencia de conexión extremadamente baja.
3. Unión de soldadura débil: incluso si se forma una unión de soldadura, la unión interfacial es muy débil y tiende a agrietarse debido a la capa rica en fósforo cuando se ve sometida a una fuerza mecánica o un choque térmico.
Benlida es experto técnico en la fabricación de PCB desde hace 14 años. Gracias a años de optimización de procesos y mejoras técnicas, es experto en evitar el defecto de "almohadilla negra" en ENIG. Con equipos profesionales y un equipo de ingeniería y calidad, Benlida también ofrece servicios y soluciones de análisis:
● Microscopía electrónica de barrido de alta resolución y espectroscopia de dispersión de energía, análisis transversal de las almohadillas de soldadura, observe claramente la presencia, el espesor y la continuidad de la capa rica en fósforo, por lo tanto, analice los elementos, las causas de formación con precisión, proporcione datos para el análisis del proceso.
● Análisis del defecto de "almohadilla negra": cuando las uniones de soldadura tienen problemas como falta de humectación, soldadura deficiente o resistencia insuficiente, nuestro equipo de calidad analiza las razones de la falla causada por un defecto de "almohadilla negra" resultante de la capa rica en fósforo a través del análisis microestructural, señalando así la causa raíz del problema del proceso.
● Optimización de procesos: Al comparar y analizar las condiciones de la interfaz bajo diferentes parámetros del proceso de niquelado/inmersión en oro, ayudamos a los clientes a optimizar el proceso ENIG, inhibiendo el crecimiento excesivo de la capa rica en fósforo y mejorando el rendimiento y la confiabilidad de la soldadura desde la fuente.
● Pruebas de confiabilidad integrales: Ofrecemos pruebas de confiabilidad como ciclos térmicos y pruebas de alta temperatura/alta humedad para evaluar la confiabilidad a largo plazo de las uniones soldadas y evaluar los riesgos potenciales causados por defectos.
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