Вопросы коррозии при иммерсионном золочении по подслою никеля или учимся на ошибках. Часть 2

17.02.2022

Первую часть статьи вы можете прочитать по ссылке

Ограничения: когда одного оптического микроскопа уже недостаточно

Как было показано ранее, в процессе внутренней разработки продукта использовалась система оценки, позволяющая получить надежное, репрезентативное и статистически значимое суждение о коррозии, возникающей при иммерсионном золочении по никелю. Обычно применяется сочетание оптического микроскопа и сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), где первый используется для получения предварительных оценок, а СЭМ — для подтверждения характеристик отдельных настроек с более высоким разрешением. Данный метод позволяет создать гораздо более полный и убедительный набор данных по сравнению с оценкой на основе стандарта IPC-4552A. Основным отличием, с одной стороны, является более тонкая настройка оценочной системы и более высокое разрешение изображения СЭМ. Однако, так как по мере развития техпроцессов без корректировок обойтись не удавалось, стало очевидным существование ограничений в решении задачи по обнаружению критических областей.

рисунок 2.jpg
Если основной задачей электролита иммерсионного золочения является предотвращение коррозии в поперечном сечении, может случиться так, что критическая поверхностная коррозия может оказаться просто не замеченной — с помощью оптического микроскопа невозможно определить, мала ли глубина проникновения коррозии в слой никеля. При низкой контрастности изображения это может быть справедливо даже для СЭМ-исследований, в связи с чем в настоящее время во избежание отслаивания золотого слоя наносится защитный слой. В таких случаях в покрытии, считающимся не подверженным коррозии, могут обнаруживаться критические дефекты пайки и разварки. 

Отслоение золотого слоя на соответствующих участках прослеживается по отрыву соединений, хотя на верхней поверхности явных признаков чрезмерной коррозии не наблюдается. При сравнении двух паянных площадок дефектные площадки характеризуются явными признаками того, что оказались без смачивания припоем, причём никель под некоторыми участками (оставшихся без смачивания припоем), выглядит темным. Что становится очевидным при сравнении изображений, демонстрирующих образование дефектов, так это то, что коррозия распространяется на широких участках границы раздела никель/золото, не обязательно с глубоким проникновением в никель. Скорее наоборот, будучи сосредоточенной на верхней поверхности, максимальная глубина коррозии часто составляет не более 100 нм. Такие дефекты трудно обнаружить по простой картинке, получаемой с помощью оптического микроскопа, и для надежного обнаружения требуется СЭМ с высоким разрешением. Кроме того, нанесение защитного слоя поверх золотого может способствовать улучшению контрастности и снижению риска неправильной интерпретации артефактов, возникающих при подготовке поперечного среза. Данный тип поверхностной коррозии, в конечном итоге, несет в себе высокий риск при пайке и разварке.

рисунок 3.jpg

Из-за формы коррозии — не глубокой, но распределенной по большой площади, подобная ситуация может препятствовать образованию межметаллического слоя и, таким образом, привести к образованию не смачиваемых припоем участков. При разварке губкоподобная поверхность никеля служит своего рода предопределенной границей разрыва, по которой золото теряет сцепление с никелем и легко отслаивается. По сравнении площадок с одиночным и глубоким коррозионными явлениями, оказалось, что участки с одиночной коррозией гораздо менее опасны.

Несмотря на почти сквозное проникновение коррозии в слое никеля, наблюдается качественное формирование межметаллического слоя и полное смачивание площадки припоем. Это свидетельствует о том, что появление единичных очагов коррозии считается менее опасным для надежности паяного соединения или адгезионной силы сцепления при разварке по сравнению с поверхностной коррозией большой площади. Таким образом, для того, чтобы получать реалистичную картину о потенциальном риске коррозии при пайке или разварке настоятельно рекомендуется выбирать для анализа наиболее характерные участки и предварительные данные, полученные на оптическом микроскопе, проверять дополнительными исследованиями на СЭМ с более высоким разрешением.

рисунок 4.jpg

Заключение

Весьма острый вопрос коррозии ENIG покрытий является предметом широкого обсуждения в индустрии печатных плат, ищущей четкие критерии приемки готового покрытия. Одной из главных целей при разработке электролита является максимальное снижение коррозионного воздействия. Представленный в данной статье метод оценки коррозии позволяет проводить статистический анализ и сравнение различных готовых покрытий. В частности, это важно для выявления тенденций и раcпознавания слабых эффектов коррозии при разработке продукта.

Сверяя оценку картины коррозии с данными по сборке, полученными в результате пайки и разварки, можно сделать вывод, что именно поверхностная коррозия наиболее опасный вид коррозии с точки зрения надежности пайки и разварки, а не единичные случаи коррозии, так как межметаллический слой легко компенсирует дефект, обеспечивая бездефектное и полное смачивание припоем. Получение достоверной оценки ожидаемых характеристик конечного покрытия ENIG предполагает предварительный анализ покрытия и дефектов поверхности с помощью оптического микроскопа или СЭМ, что с точки зрения конечного приложения представляется наиболее важным.