Accueil > Blog > Actualités du secteur > Formation, caractéristiques et effets négatifs du « tampon noir » liés au traitement de surface ENIG L'ENIG (nickel chimique et or par immersion) est l'un des traitements de surface les plus couramment utilisés dans l'industrie moderne des circuits imprimés. Ses avantages sont nombreux : absence de plomb, facilité de soudure, résistance à l'oxydation. Bien que son coût de fabrication soit supérieur à celui d'autres procédés comme l'OPS et le HASL, il est privilégié pour les circuits imprimés de haute valeur, haute densité, haute qualité, en boîtier BGA et conformes à la directive RoHS, notamment pour les applications médicales, les smartphones, les télécommunications et le secteur militaire.
L'un des défauts courants des revêtements ENIG est la présence d'une couche noire, également appelée couche riche en phosphore. Elle se manifeste généralement par des taches sombres sur la couche de nickel sous l'or. Ces taches sont dues à la corrosion du nickel. Vous trouverez ci-dessous la description de sa formation, de ses caractéristiques et de ses effets néfastes :
Les couches riches en phosphore se forment principalement au cours de deux étapes du procédé d'immersion d'or par nickelage chimique (ENIG) :
1. Procédé de nickelage chimique (formation de la couche Ni-P) :
Dans le procédé ENIG, la surface déposée sur les plots n'est pas en nickel pur, mais en alliage nickel-phosphore. L'agent réducteur du bain de placage (tel que l'hypophosphite de sodium) réduit et dépose les ions nickel par catalyse, tandis que le phosphore (P) est également co-déposé dans le revêtement. Selon la teneur en phosphore, on distingue les revêtements à faible teneur en phosphore (2 à 5 %), à teneur moyenne en phosphore (6 à 9 %) et à haute teneur en phosphore (> 10 %). Les revêtements à teneur moyenne en phosphore sont couramment utilisés en ENIG.
2. Immersion dans l'or (entraînant un enrichissement en phosphore) :
● L'orage par immersion est effectué après le nickelage. Il s'agit d'une réaction de déplacement chimique : les ions or déplacent les atomes de nickel de la surface de la couche de nickel dans le bain de nickelage, les atomes de nickel se dissolvent dans la solution d'or et les atomes d'or se déposent sur la surface de la couche de nickel.
● Cette réaction de déplacement corrode sélectivement la couche de nickel ; les atomes de nickel sont dissous sélectivement, tandis que les atomes de phosphore ne participent pas à la réaction et ne sont pas dissous dans la solution d'or.
● Par conséquent, lors du procédé d'immersion à l'or, les atomes de nickel présents à la surface de la couche de nickel se dissolvent continuellement, laissant derrière eux des atomes de phosphore. Il se forme ainsi une couche extrêmement fine à la surface de la couche de nickel, dont la concentration en phosphore est bien supérieure à celle de la couche de nickel en volume : c'est la « couche riche en phosphore ». Sa teneur en phosphore peut atteindre 20 % ou plus (pourcentage atomique).
En résumé : La couche riche en phosphore est un produit de la corrosion et de la dissolution sélectives du nickel lors du procédé d'immersion à l'or ENIG, ce qui entraîne la présence d'atomes de phosphore résiduels et enrichis à l'interface nickel-or.
1. Composition chimique : Les principaux composants sont le phosphore (P) et un peu de nickel (Ni), existant éventuellement sous forme de composés amorphes de nickel-phosphore (tels que Ni3P).
2. Morphologie et épaisseur : Très mince, généralement de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres (nm), située à l'interface entre la couche de nickel (Ni-P) et la couche d'or (Au), apparaissant comme une ligne brillante et mince sous microscope électronique.
3. Propriétés physiques : Résistivité élevée, sa caractéristique la plus critique et la principale raison de ses effets néfastes sur les performances du circuit imprimé : La résistivité de la couche riche en phosphore est beaucoup plus élevée que celle du nickel et de l'or métalliques, ce qui en fait un mauvais conducteur d'électricité.
1. Défaut de « couche noire » : Il s’agit du défaut de qualité le plus grave, causé par la présence d’une couche riche en phosphore. Si le processus d’immersion dans l’or est mal maîtrisé (par exemple, durée excessive ou bain d’or trop actif), il en résulte une corrosion excessive, formant une couche continue et excessivement épaisse riche en phosphore. Lors du brasage, après la dissolution de la couche d’or superficielle, la soudure entre en contact avec cette couche à haute résistivité riche en phosphore, et non avec la couche de nickel.
2. Mauvaise soudabilité et joints de soudure froids : la soudure ne peut pas former une liaison métallurgique efficace avec la couche riche en phosphore à haute résistivité (difficile de former un bon IMC Ni3Sn4), ce qui entraîne un mauvais mouillage du joint de soudure, des joints de soudure froids et une résistance de connexion extrêmement faible.
3. Joint de soudure faible : Même si un joint de soudure est formé, la liaison interfaciale est très faible et a tendance à se fissurer à partir de la couche riche en phosphore, sous l'effet d'une force mécanique ou d'un choc thermique.
Benlida est expert en fabrication de circuits imprimés depuis 14 ans. Grâce à des années d'optimisation des processus et d'améliorations techniques, l'entreprise maîtrise parfaitement la prévention du défaut de « pastille noire » sur les circuits ENIG. S'appuyant sur des équipements professionnels et une équipe d'ingénierie et de contrôle qualité, Benlida propose également des services d'analyse et des solutions.
● La microscopie électronique à balayage à haute résolution et la spectroscopie à dispersion d'énergie, l'analyse en coupe transversale des plots de soudure, permettent d'observer clairement la présence, l'épaisseur et la continuité de la couche riche en phosphore, et donc d'analyser avec précision les éléments et les causes de sa formation, fournissant ainsi des données pour l'analyse du processus.
● Analyse du défaut de « pastille noire » : Lorsque les joints de soudure présentent des problèmes tels que le non-mouillage, une mauvaise soudure ou une résistance insuffisante, notre équipe qualité analyse les causes de la défaillance, à savoir un défaut de « pastille noire » résultant de la couche riche en phosphore, grâce à une analyse microstructurale, identifiant ainsi la cause première du problème de processus.
● Optimisation du processus : En comparant et en analysant les conditions d'interface sous différents paramètres de processus de nickelage/d'immersion dans l'or, nous aidons nos clients à optimiser le processus ENIG, à inhiber la croissance excessive de la couche riche en phosphore et à améliorer le rendement et la fiabilité du brasage à la source.
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