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PCB线路板中金手指变色工艺案例分析

来源:PCB 编辑:PCB设计 日期:2019-06-14 浏览:
我们有时在PCBA加工组装后,发现金手指出现了严重变色、黄斑、黄点和黑块等缺陷,如图1和图2所示。该金手指的金镀层采用ENIG Ni(P)/Au工艺。万龙精益提供PCB设计PCB板生产打样、SMT贴片加工电路板焊接PCBA加工PCBA代工代料等智能制造服务。
PCB线路板中金手指变色工艺案例分析-金手指变色和黄斑
图1 金手指变色和黄斑
PCB线路板中金手指变色工艺案例分析-金手指变色、黄点及黑块
图2金手指变色、黄点及黑块
图1和图2分别揭示了金手指表面变色、黄斑、黄点和黑块等缺陷的表面形态,从对上述各种存在于金手指上的缺陷的局部放大照片来看,它们均属于一种腐蚀现象。尽管变色、黄斑、黄点及黑块等缺陷表现的表面形态各有差异,有些差异还很大,但其本质都是一种腐蚀现象,只不过受到腐蚀的程度轻重不等而已。
二、形成原因
(1)变色。局部放大后的变色表面,如图3所示。从局部放大图中可以看到,颜色变深的点均发生在金面的凹坑上,这些凹坑实际上均是金层的针孔。透过这些针孔使其底部的Ni受到了氧的侵蚀从而使颜色变深。这些颜色变深点的集合,导致了金手指表面大面积变色,如图1。
PCB线路板中金手指变色工艺案例分析-局部放大后的变色缺陷外观
图3 局部放大后的变色缺陷外观
(2)黄斑。从图2(c)黄斑局部放大图上可以看到,黄斑均发生在已变色的金层表面个别局部小区域上,如图2(a)框内所示。从图可见,黄斑呈泪滴形,很可能是在组装过程中受到飞溅的唾液侵袭。由于唾液的腐蚀性,通过金层的针孔侵入到底层的Ni,唾液加剧了Ni层的腐蚀程度,使颜色变得更深,如图4所示。从图4可见,此时金层针孔底层的Ni层均已变黑,而且黑色的氧化镍分子已扩散到金层的表面,使金层表面变得更暗。
局部放大后的黄斑缺陷外观-PCB线路板中金手指变色工艺案例分析
图4局部放大后的黄斑缺陷外观
(3)黄点。在沉金层的表面不均匀地分布着黄色的斑纹状小颗粒点的缺陷,如图5所示。将这些斑纹状的小颗粒点进一步放大,就可以见到如图2(c)所示的表面形貌。此时的腐蚀是沿着金层的晶隙进行的,因此从放大的表面形貌看,黄点是由一个个大小不等、形状各异的点状或小块状组成,如图5所示。它可能是沿金层的结晶体的晶隙中附着了杂物(如清洗液之类)所致。
局部放大后的黄点-PCB线路板中金手指变色工艺案例分析
图5局部放大后的黄点
(4)黑块。在金手指上出现的大面积发黑缺陷,如图6所示。显然这是金层表面附着了腐蚀性很强的杂物(如镀液的药液残渣、盐雾溶液等)引起的结果。
局部放大后的黑块缺陷外观-PCB线路板中金手指变色工艺案例分析
图6局部放大后的黑块缺陷外观
三、腐蚀机理
由Ni镀层氧化导致的黑盘现象,仅发生在PCB ENIG Ni(P)/Au 工艺的涂层中,黑盘现象本质上就是Ni的氧化现象,黑色Ni就是氧化镍(NixOy)。
黑镍现象的成因非常复杂,有一种理论解释为:在化学浸Au/Ni时,Ni溶解与Au沉积同时发生置换反应。当Au镀液置换反应过剧时,将使Ni层迅速氧化而变黑。
通过在Ni表面置换Au的工艺方法所形成的Au层是薄而多针孔的。针孔发生的数量与ENIG Ni/Au工艺参数及其工艺过程控制有关,同时也与化学Au镀层的厚度有关。当涂层过薄或工艺过程参数控制不当时,可能造成覆盖在Ni上的Au层质量低劣,存在大量的针孔,挡不住氧化镍的上下生长,从而形成大片的黑色氧化镍。
Au本身具有极高的抗腐蚀性,但由于黑盘现象发生后,此时附在氧化镍层上的Au与氧化镍层之间已无任何附着力,所以才导致大部分的Au层从金手指表面脱落,从而导致黑色的氧化镍直接暴露在外形成大面积的黑块。
这种缺陷具有偶发性,发生的位置也不确定,是一种无法预测的隐患,危害极大。
四、解决措施
(1)改善PCB ENIG Ni(P)/Au工艺条件和过程的精细控制,尽量增加金层厚度,减少金层针孔。
(2)建议对金手指采取电镀Ni/Au工艺。
(3)加强金镀层后面工序的清洗处理和PCBA组装过程中的7S管理。

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