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如何规避PCB上的“黑盘”

来源:www.pcblover.com    作者:PCB技术   更新时间:2016-06-29 10:21:46   点击: 

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如何规避PCB上的“黑盘”

PCB“黑盘”会给焊点的可靠性带来灾难性影响,造成电子产品的质量事故,重则给企业带来巨额损失。而国内电子产品企业PCB“黑盘”质量事故却屡见不鲜!

PCB“黑盘”事故为何频频发生?
  化学镍金(ENIG)“黑盘”的风险又是否可以规避?
  在此,云汉电子社区带你对ENIG“黑盘”一探究竟,本文将为业界同行揭示PCB“黑盘”事故的危害、产生机理及规避方向。
  PCB是电子工业的重要部件之一,几乎所有的电子设备,小到日常生活中随处可见的电子手表、计算器,大到计算机、通讯电子设备、飞机、雷达等,只要有集成电路等电子元器件的电气互连,就必然会使用PCB。
  PCB为什么会出现“黑盘”?首先,我们需要了解清楚什么是PCB表面处理,以及目前业界流行哪些类型的PCB表面处理。
  什么是PCB的表面处理?
  铜作为PCB内外层互连的优良导体,具有良好的导热性和导电性。裸铜本身可焊性很好,但暴露在空气中很容易氧化和受到污染,而铜的氧化层对焊接有极大的危害,能导致焊接时无法上锡(焊锡性不良),甚至元器件与焊盘无法焊接。
  而PCB的表面处理便是在焊盘表面和镀覆孔内涂(镀)覆一层物质,确保焊盘和镀覆孔不被氧化。这里的“表面”是指PCB上提供给电子元器件与PCB电路之间电气连接的连接点铜面,如焊盘或接触式连接点、电子元器件的插件孔等。
  通俗地讲,表面处理最基本的目的就是保证PCB具有良好的可焊性或电性能,给铜面穿上一层抗氧化和可焊性的“外衣”。以化学镍金(ENIG)表面处理为例,经过ENIG前后的焊盘截面对比如下图1所示:

如何规避PCB上的“黑盘”

图1表面处理前后焊盘截面对比示意图

  当前PCB最流行的表面处理是什么?
  目前业界有多种PCB表面处理工艺,没有哪一种最完美,所以才会有这么多种选择,每一种表面处理都有各自的优缺点。常见的类型有化学镍金(ENIG)、热风整平(包括有铅喷锡HASL、无铅喷锡LF-HASL)、有机抗氧化膜(OSP)、电镀镍金、化学银(IAg)、化学锡(ISn)、化学镍钯金(ENEPIG)。据不完全统计,近几年全球PCB各类型表面处理的市场份额如下图2所示:\

如何规避PCB上的“黑盘”

图2近几年全球PCB各类型表面处理的市场份额
  从图2中可以明显看出,当前化学镍金(ENIG)仍占据了PCB表面处理市场份额的1/3以上,仍是业界PCB表面处理的主流,颇受下游客户青睐,尤其在欧美、日本、韩国、东南亚国家及台湾地区其应用尤为广泛。

 但ENIG也有其自身弱点,尤其对于含密集QFP/SOP/小PAD或BGA来说(图3和图4),若制程管控不好,镍(Ni)表面会被腐蚀而出现焊盘黑化(又称黑盘BlackPad、黑镍、镍腐蚀)的现象。镍(Ni)表面过度腐蚀会使焊接表面的润湿性和连接性能严重下降,焊料与被腐蚀的镍(Ni)表面会承受较大的应力,从而使其与Ni接触的界面开裂破碎而形成黑色的Ni表面,即黑镍。
  这里需要特别说明一下,为什么往往密集QFP/SOP/小PAD或BGA出现“黑盘”的风险要高些呢?因为在相同的药水条件、设备条件下,单位面积的金浓度的提供量是基本相同的。相同的浸金时间下,随着PAD面积的增大,金厚度越薄。随着金缸内镍与金置换反应时间的延长,金厚会变厚。在金厚要求的基准下(相同的金厚要求),由于沉金时大PAD处单位条件下需要的金浓度比小PAD的多,当小PAD达到金厚要求时,大PAD仍未达到,所以必须延长浸金时间或提高浸金活性(在时间一定条件下)方能达到金厚要求,此时小PAD的金厚是偏厚的,小PAD产生黑盘的机率变大。

如何规避PCB上的“黑盘”

图3含密集QFP/SOP/小PAD和BGA的PCB

如何规避PCB上的“黑盘”

图4含密集QFP/SOP/小PAD和BGA的PCB

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