在 PCB 制造领域，沉金工艺凭借其良好的平整度和可焊性，在高可靠性电子产品中广泛应用。但在实际生产中，沉金黑垫现象却如 “幽灵” 般困扰着工程师们。这种现象不仅影响焊点的可靠性，严重时甚至导致整个 PCB 报废。下面，咱们就一起深入探究沉金黑垫现象的形成机理，并分享一些行之有效的预防方法。
沉金黑垫现象究竟是啥样？
沉金黑垫，简单来说，就是在化学镀镍沉金（ENIG）的镍层表面，出现了黑色或灰色的腐蚀区域。这些区域通常沿着镍磷（Ni - P）层的晶界分布，在显微镜🔬下清晰可见。别小瞧了这些小黑点，它们的出现，意味着镍层的腐蚀加剧，会极大影响焊点的结合强度，进而导致电子产品在使用中出现虚焊、断路等严重问题。
沉金黑垫是怎么产生的？
复杂的化学反应
沉金工艺涉及多个复杂的化学反应过程。在沉金阶段，镍层与金盐溶液发生置换反应，金离子被还原并沉积在镍层表面。但如果这个过程控制不好，就容易出问题。当镍层中的磷含量过高时，会形成富磷相，在金沉积过程中，这些富磷相区域的反应活性较低，导致金层沉积不均匀。而且，在后续的焊接或使用过程中，富磷相区域更容易发生腐蚀，形成黑色的氧化镍（NixOy），这就是黑垫现象的主要化学成因。
工艺参数的影响
工艺参数对黑垫现象的产生也有重要影响。比如，沉金溶液的 pH 值和温度。当 pH 值过高时，溶液中的柠檬酸等络合剂会发生去质子化反应，产生大量的镍 - 柠檬酸盐络合离子，这些离子会吸附在镍层表面，降低镍层的表面活性，抑制金的沉积，同时也增加了镍层腐蚀的风险。温度过高，则会加快反应速率，导致金层生长过快，容易出现粗糙、不均匀的情况，同样增加了黑垫产生的可能性。
材料本身的因素
PCB 基板材料以及镍层的质量也与黑垫现象息息相关。如果基板材料中含有杂质，在沉金过程中可能会释放出一些物质，影响沉金反应的正常进行。而镍层的厚度和均匀性也很关键，过薄或不均匀的镍层更容易受到腐蚀，引发黑垫现象。
如何预防沉金黑垫现象？
严格把控工艺参数
工程师们要精确控制沉金工艺的各个参数。将沉金溶液的 pH 值稳定在合适范围内，比如 4.5 - 5.5 之间，温度控制在 80 - 90℃。同时，要合理调整沉金时间，确保金层厚度均匀且符合要求，一般金层厚度控制在 0.05 - 0.15μm。
优化材料选择
选用优质的 PCB 基板材料，确保其杂质含量符合标准。对于镍层，要严格控制磷含量，一般控制在 6% - 8% 之间，既能保证镍层的耐腐蚀性，又不会因磷含量过高引发黑垫问题。
加强过程监控
在生产过程中，引入先进的检测设备对沉金质量进行实时监控。利用 X 射线荧光测厚仪监测镍层和金层的厚度，使用扫描电镜（SEM）观察金层和镍层的微观结构，及时发现可能导致黑垫现象的异常情况，并进行调整。
沉金黑垫现象虽复杂，但只要深入了解其形成机理，从工艺参数、材料选择和过程监控等多方面入手，就能有效预防，保障 PCB 的质量和可靠性，为电子产品的稳定运行筑牢基础。
