什么是黑盘效应
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什么是焊接黑盘效应
在封装工艺中普遍使用铜作为焊盘材料。为了避免铜被氧化并提高铜焊盘的可焊性，往往会采用各种表面处理方法在铜焊盘上涂覆金属层。常见的表面处理工艺包括OSP, 化学镀镍金等。而化学镀镍金通过在铜焊盘上进行化学镀镍，然后将镀镍后的焊盘浸入金水中通过置换反应实现镀金。金层能够保护镍层免受氧化。
化学镀镍金工艺存在黑盘的风险。形成原因是因为镍原子半径小于金原子半径，导致沉金后表面晶粒粗糙。镀金液会渗透到镍层发生界面反应并腐蚀镍层。腐蚀后的镍原子会持续氧化，生成可焊性差的氧化镍。由于氧化镍颜色发黑发暗，因此称作黑盘。此外，当金层形成时镀金液中的金离子会吸收镍层电子，并使镍离子释放出来（图1）。由于镍层会含有一定比例的磷(7-10%)，随着镍离子的释放，镍层表面会形成富磷层。富磷层与铜焊盘的连接性很差，在焊接后容易受外力影响导致焊点失效。
图1: 置换反应生成金层的原理
化学镀镍金工艺所生成的金层厚度很薄，通常只有0.05-0.1μm。如果浸金过程时没有准确控制时间和温度，会造成金层厚度不均匀而导致焊盘被腐蚀。如果金层过厚，黑盘发生的可能性就会加大。而金层过薄，则镍层更容易受到镀金液的腐蚀。如图2所示，镍层出现的黑色裂纹表明镍层受到了严重的腐蚀。最外围的金镀层不会发生明显颜色变化，所以难以从外观上进行判定是否出现黑盘。加热焊接时金层会迅速溶解到焊料中，而暴露的氧化镍不能与锡形成金属间化合物。黑盘会使焊盘可焊性变差，脆性加强和抗疲劳能力减弱，从而导致元器件失效。
图2: 镀镍层SEM图
虽然难以通过外表发现是否出现黑盘，但可以针对镀液浴进行常规维护，并且控制温度确保镀层正常。还可以实施监控镀液的PH值，确保腐蚀性在可接受范围。
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