什么是黑盤效應(yīng)
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什么是焊接黑盤效應(yīng)
在封裝工藝中普遍使用銅作為焊盤材料。為了避免銅被氧化并提高銅焊盤的可焊性，往往會采用各種表面處理方法在銅焊盤上涂覆金屬層。常見的表面處理工藝包括OSP, 化學(xué)鍍鎳金等。而化學(xué)鍍鎳金通過在銅焊盤上進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，然后將鍍鎳后的焊盤浸入金水中通過置換反應(yīng)實(shí)現(xiàn)鍍金。金層能夠保護(hù)鎳層免受氧化。
化學(xué)鍍鎳金工藝存在黑盤的風(fēng)險。形成原因是因?yàn)殒囋影霃叫∮诮鹪影霃?，?dǎo)致沉金后表面晶粒粗糙。鍍金液會滲透到鎳層發(fā)生界面反應(yīng)并腐蝕鎳層。腐蝕后的鎳原子會持續(xù)氧化，生成可焊性差的氧化鎳。由于氧化鎳顏色發(fā)黑發(fā)暗，因此稱作黑盤。此外，當(dāng)金層形成時鍍金液中的金離子會吸收鎳層電子，并使鎳離子釋放出來（圖1）。由于鎳層會含有一定比例的磷(7-10%)，隨著鎳離子的釋放，鎳層表面會形成富磷層。富磷層與銅焊盤的連接性很差，在焊接后容易受外力影響導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。
圖1: 置換反應(yīng)生成金層的原理
化學(xué)鍍鎳金工藝所生成的金層厚度很薄，通常只有0.05-0.1μm。如果浸金過程時沒有準(zhǔn)確控制時間和溫度，會造成金層厚度不均勻而導(dǎo)致焊盤被腐蝕。如果金層過厚，黑盤發(fā)生的可能性就會加大。而金層過薄，則鎳層更容易受到鍍金液的腐蝕。如圖2所示，鎳層出現(xiàn)的黑色裂紋表明鎳層受到了嚴(yán)重的腐蝕。最外圍的金鍍層不會發(fā)生明顯顏色變化，所以難以從外觀上進(jìn)行判定是否出現(xiàn)黑盤。加熱焊接時金層會迅速溶解到焊料中，而暴露的氧化鎳不能與錫形成金屬間化合物。黑盤會使焊盤可焊性變差，脆性加強(qiáng)和抗疲勞能力減弱，從而導(dǎo)致元器件失效。
圖2: 鍍鎳層SEM圖
雖然難以通過外表發(fā)現(xiàn)是否出現(xiàn)黑盤，但可以針對鍍液浴進(jìn)行常規(guī)維護(hù)，并且控制溫度確保鍍層正常。還可以實(shí)施監(jiān)控鍍液的PH值，確保腐蝕性在可接受范圍。
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