身为NPI工程师，我的工作涉及诸多方面，今天主要聚焦在PCB制造过程中的一个常见问题——黑焊盘。
一、黑焊盘的基本概念
黑焊盘，通常指的是在PCB化学镀镍金（ENIG）表面处理过程中，表面涂层出现的缺陷。
具体来说，黑焊盘就是在PCB裸露区域上形成的一层深色镍表面。这种质量问题，我们可以从下图中更直观地观察到。
黑焊盘的存在，会给焊接过程带来一系列问题，如PCB润湿性不佳、降低焊接性能、影响焊点可靠性等。具体情形，可参见以下几幅图片。
二、黑焊盘成因分析
众多研究报告和分析指出，镍镀液是导致黑焊盘问题的主要因素，其中磷含量过高尤为关键。尽管厂商会严格控制化学水平、温度和原料，但黑焊盘问题仍时有发生。下面是一例PCB上的黑焊盘实例。
1、磷含量偏高
在回流焊和焊接工艺中，过高的磷含量是导致焊盘变黑的关键因素。磷含量过高时，会渗透到镍中并导致镍氧化，形成金和镍之间的隔离层，可能导致焊点分层和破裂，进而引发PCB电气短路问题。
2、ENIG过程中的腐蚀问题
ENIG表面处理是PCB制造中常用的工艺，但操作不当也会导致黑焊盘的形成。例如，侵蚀性金浴的使用就是导致黑焊盘的一个原因，它会导致镍的快速腐蚀。
此外，过高的金含量也可能导致黑焊盘的形成。在镍基体表面处理过程中，金含量过多会加剧电偶腐蚀，最终导致黑色焊盘的产生。
3、脆性断裂现象
脆性断裂是材料在高应力下发生的一种失效模式，它缺乏承受应力的韧性，常常在无任何预兆的情况下突然发生。这种故障在PCB表面表现为黑色焊盘。
此外，热应力、振动和冲击等因素也可能导致脆性断裂。当这种情况发生时，会在镍内部产生裂纹结构，进而引发电气短路问题。
三、解决黑焊盘问题的策略
1、严格控制镍镀液的品质，并对潜在的ENIG厂商的电镀槽和工艺进行全面验证。
2、合理控制镍和金的比例，以优化金沉积过程，防止黑焊盘的产生。
3、密切关注PH值，确保电镀过程中磷含量的稳定。
4、加强ENIG生产线的维护和管理，包括去除油污和残留物、防止镀镍进入其他槽体、定期清洁易出现黑焊盘的区域等，以最大程度降低黑焊盘的风险。