ENIG Black Pad: Ursachen, Prävention und Lösungen

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In der gesamten Unterhaltungselektronik und allen anderen Branchen, die auf gut gefertigte Leiterplatten (PCBs) angewiesen sind, ist die Fähigkeit von Vias, Signale korrekt zu leiten, entscheidend für ein erfolgreiches PCB-Design. Vias sind die Leitungen, die den elektronischen Signalfluss zwischen den Schichten einer PCB ermöglichen.

Häufig fügen Hersteller eine leitende Metallschicht – typischerweise Kupfer – auf dem Substrat einer PCB hinzu, um die Schichten der Platine gemäß dem erforderlichen Layout und den Bohrungen zu verbinden. Für manche Anwendungen reicht Kupferbeschichtung aus. Bei Anwendungen, die hohe Wärme und/oder starke Ströme erzeugen, können durchkontaktierte Bohrungen (Plated Through Holes) auch mit leitfähigeren Materialien wie Kupfer gefüllt werden. Dies schafft sogenannte kupfergefüllte Vias. Um mehr über die Vorteile und Unterschiede zwischen gefüllten Vias und durchkontaktierten Bohrungen zu erfahren, lesen Sie jetzt „Was sind kupfergefüllte Vias?“.

Für Organisationen mit noch anspruchsvolleren Anwendungen oder die neueste PCB-Technologie suchen, erweist sich die chemisch-nickel-vergoldete Oberfläche (ENIG) als einer der beliebtesten Oberflächenveredelungen auf dem Markt. Da ENIG-Oberflächen bleifrei sind, eignen sie sich auch für Unternehmen, die die RoHS-Richtlinie 2002/95/EG einhalten müssen. Diese EU-Richtlinie beschränkt den Einsatz bestimmter gefährlicher Stoffe in elektronischen Geräten und Produkten.

ENIG-Oberflächen werden in der PCB-Industrie für folgende Vorteile gegenüber anderen Oberflächenveredelungen – wie HASL und Zinn-Eintauchen – geschätzt:

• Extrem ebene Oberfläche
• Lange Haltbarkeit
• Ideale Oberfläche für feinrasterige SMT-Bauteile

Keine PCB-Oberfläche ist ohne Nachteile. Bei ENIG-Oberflächen stellt das Risiko von Black-Pad-Problemen eine echte Bedrohung für den Betrieb der auf der PCB montierten BGA-Komponenten (Ball Grid Array) oder anderer Bauteile dar. Da ENIG-Oberflächen nicht nachbearbeitet werden können, ist das Black-Pad-Problem ein kritisches Thema, das ordnungsgemäß angegangen werden muss. Andernfalls kann ein ganzes Produkt unbrauchbar werden, was zu Umsatzeinbußen, unzufriedenen Kunden und der Möglichkeit eines kostspieligen Rückrufs führt.

Was ist ENIG Black Pad?

Kaum ein Thema ist in der PCB-Industrie so umstritten wie ENIG Black Pad. Vereinfacht bezeichnet Black Pad eine fehlerhafte Verbindung an der Grenzfläche zwischen Lot und Nickel. Zwar schätzen viele Fachleute dieses Phänomen als äußerst selten ein – Schätzungen zufolge tritt es in weniger als ein bis zwei Prozent der ENIG-PCBs auf –, doch da ein Black-Pad-Problem meist erst während des Bestückungsprozesses entdeckt wird, ist es ein kostspieliger Fehler, den man nach der Fertigung zu entdecken und zu korrigieren hat.

Was verursacht Black Pad?

Black Pad resultiert aus dem Eintauchgold- und chemischen Nickelprozess. Zwar erzeugt dieser eine hoch lötbare Oberfläche – ideal für Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit und komplexe Schaltungen Hand in Hand gehen –, doch der Prozess kann auch fehlerhafte Verbindungen erzeugen, die unter Belastung brechen. Die resultierenden offenen Leiterbahnen legen eine Schicht dunklen, korrodierten Nickels frei – was dem Phänomen seinen Namen „Black Pad“ gab.

Laut aktuellen Forschungen und Branchenberichten ist Black Pad die Folge eines übermäßigen Phosphorgehalts, der als Nebenprodukt der Nickellösung entsteht. Durch aufeinanderfolgende Reflow-Prozesse kann ein anfänglicher Phosphorgehalt von sieben Prozent leicht auf neun Prozent oder mehr ansteigen. Je höher der Phosphorgehalt, desto größer das Risiko einer Nickelkorrosion während des Gold-Eintauch-/Abscheideprozesses.

Wie man Black Pad verhindert

Branchenexperten sind sich einig: Black Pad tritt an der schlimmsten Stelle im Entwicklungs- und Fertigungsweg elektronischer Komponenten und Güter auf. Es wird selten während der PCB-Fertigung entdeckt, sondern erst während der Bestückung – oder später –, wenn belastete Verbindungen und offene Leiterbahnen zu einem erkennbaren und potenziell katastrophalen Problem werden.

Zudem: Sofern keine zerstörungsfreie Prüfung spezifisch an den betreffenden PCBs durchgeführt wird, ist Black Pad fast unmöglich zu entdecken, bevor Bauteile auf der PCB montiert sind.

Daher wird die Verhinderung von Black Pad zur entscheidenden Verantwortung von PCB-Herstellern und -Lieferanten. Natürlich ist es etwas anderes, zu wissen, dass Black Pad durch hohe Phosphorgehalte verursacht wird, als diese während des Fertigungsprozesses tatsächlich zu kontrollieren. Deshalb ist die Wahl von Millennium Circuits Limited als PCB-Lieferant der klügste Weg, um Black-Pad-Probleme bei ENIG-Oberflächen zu vermeiden. Von kleinen Chargen bis zu Großaufträgen sind wir voll und ganz verpflichtet, Ihnen PCBs zu liefern, die Ihre Erwartungen vollständig erfüllen.

Wie man Black Pad behebt

Da ENIG-Oberflächen nicht nachbearbeitet werden können, besteht die beste Lösung darin, Black Pad von vornherein zu verhindern. Dieses Ziel wird am effizientesten und zuverlässigsten erreicht, indem man strenge Kontrolle über das Nickelbad ausübt, in dem der Austausch zwischen Gold und Nickel so ideal wie möglich gehalten wird. Ein Schlüsselfaktor zur Aufrechterhaltung dieser Kontrolle ist die sorgfältige Überwachung des pH-Werts im Nickelbad, da dieser den vorhandenen Phosphorgehalt anzeigt.

Ist Black Pad noch ein Problem für ENIG?

Solange Nickel und Gold im ENIG-Veredelungsprozess verwendet werden, kann Black Pad ein potenzielles Problem bleiben. Doch genau dies zeigt, warum die Zusammenarbeit mit unserem Team bei MCL eine der klügsten Geschäftsentscheidungen sein kann, die Sie treffen.

Wenn die Qualität Ihrer Leiterplatten entscheidend für Ihren betrieblichen Erfolg ist, kontaktieren Sie uns für die Produkte und den Kundenservice, den Sie von einem branchenführenden, exzellent bewerteten PCB-Lieferanten erwarten.