一、黑盘现象最近几年，在将BGA与ENIG Ni（P）/Au涂层结合起来使用时，出现了两种失效模式。（1）第一种失效模式是不润湿或半润湿，这种现象称为“黑色焊盘”（简称“黑盘”现象）。（2）第二种失效模式是与机械应力相关的层间开裂。ENIG Ni（P）/Au工艺中出现氧化Ni现象如图1所示。❖图1对PCBA上失效焊点拆下CSP后其焊盘全为黑盘，如图2所示。严重时还将出现如图3所示的黑泥状结构。❖图2❖图3二、黑盘现象的形成机理1.置换型无电解镀（简称置换镀）“黑盘”现象通常均发生在ENIG Ni/Au涂层中，目前在业界获得ENIG Ni/Au涂层的方法普遍采用“置换”工艺。这正是导致“黑盘”现象发生的根源。所谓“置换法”ENIG Ni/Au的电化过程是：把底层金属离子氧化溶解和溶液中的金属离子交换作为金属被析出的机理，叫做置换镀，也有人把置换镀称为浸渍镀。这种镀层反应中的电子供给是：M→Mn++ne-上述的析出反应是不可逆的。例如，在氰化金溶液中浸入Ni片时，在Ni片表面被覆盖一层Au膜，其反应式为Ni→Ni2++2e-（氧化反应）Au2++2e-→Au（还原反应）由于不断地进行析出，露出的底层面积不断变小，由于底层金属的溶解反应不能充分进行，故反应速度变慢。所以要得到厚的镀层是不可能的，而且析出的镀膜是多针孔性的。2.黑盘的形成机理在ENIG Ni（P）/Au工艺中，当Au离子镀覆成为金层时，镀液中的Au离子吸收Ni表面的电子，Ni离子被释放到镀液中。由于某些微结构特性，如晶粒边界和电化学等原因，局部交换并不是始终在进行。即可将Au沉积到一个位置或区域，而Ni离子从不同位置或区域释放出来。这种工艺的可能结果是Ni被侵蚀，留下粗糙的富P层与钎料形成弱连接，如图4所示。受影响的焊点不会与焊盘铜层形成牢固的机械键合。因此，在相当小的外力作用下，焊点就会失效。在焊盘上所能看到的只有很少的钎料，甚至没有钎料。而在焊盘上大部裸露着从灰色到黑色的平整的Ni表面，“黑色焊盘”就是源自这个位置。SEM分析说明类似于“不清晰裂缝”的特殊的Ni状结构，如图5所示。EDX分析说明P和Ni含量高，而Sn含量低。从抛光的剖面图可以观察到腐蚀标记和富P层。❖图4❖图53.Au层的多针孔性导致Ni层氧化通过在Ni表面置换Au的工艺方法所形成的Au层是薄而多针孔性的。针孔发生的数量与ENIG Ni/Au工艺参数及其工艺过程控制有关，同时也与化学镀Au层的厚度有关。当涂层过薄或者工艺过程参数控制不当时，就可能造成覆盖在Ni上的Au层质量低劣，存在大量的针孔，空气中的氧（O2）穿过这些针孔直接向底层的Ni侵蚀，如图6所示。❖图6上述现象，甚至当Au层已进行覆盖时，由于Au层的多针孔性，以致挡不住氧化Ni的上下生长而形成大片氧化物。Au与其底层Ni之界面间在焊接前早已存在一些可观的Ni的氧化物，如图7所示。❖图7这种缺陷具有偶发性，发生的位置也无从捉摸，是一种无法预测的隐患，危害极大。三、有关“黑盘现象”隐患的背景资料SMTAI2000国际表面贴装技术学术会议中曾在大会宣讲的论文《Comparison of Ag，Ni/Au and Solder PWB Surface Finishes on the Second Level Reliability of Fine Pitch Area Array Assemblies》（《涂敷了Ag、Ni/Au和有机可焊性保护涂层（OSP）的窄间距面阵列组件的二级可靠性比较》）中有下述描述：1.在Ni镀层表面上浸Au并不像涂敷钎料和浸Ag表面涂层的性能那样好。PCB周围和元器件界面的高浓度Au-Sn金属间化合物使得这些区域的焊点裂缝快速蔓延。2.未组装的PCB横剖面，呈现出黑色焊盘的症状，证实这是由于氧透过金的针孔渗入到Ni层所致。3.Ni表面上浸Au层看起来存在黑色焊盘缺陷的可能性，为此应注意观察。4.对浸Au工艺进行适当的控制，就可降低黑色焊盘缺陷，将Au含量控制在脆性等级（＜2%）以下，就能获得可接受的热循环可靠性，并能避免Au-Sn金属间化合物成分沿着互连界面蔓延的现象。根据樊融融编著的现代电子装联工艺可靠性改编
