化学镍金的原理解析

所谓化学镀镍层实际上是镍-磷（Ni-P）的合金层。还原剂主要为镀液中的次磷酸根离子（P为P²⁺），但是P²⁺也可能发生歧化反应，自我还原成单质P，并与Ni原子一起沉积，同时放出氢气（H₂）。在Ni-P二元相图来中，P在Ni中的溶解度极小，其共晶点位置（势能最低）存在着Ni和Ni₃P两个稳定的固相，其中Ni₃ P相更稳定。

化学镀金作为一种置换反应，在镀液中，Au离子得到基板上的Ni原子中的电子，结果Ni原子变成Ni离子溶解到镀液中，Au离子变成Au原子沉积到了基板上，反应方程式如下：

当Ni层的表面完全被Au原子覆盖，即镀液和Ni原子没有接触时，反应立即停止。Au层的厚度通常介于0.05～0.1μm之间，其对镍表面具有良好的保护作用，而且也具备良好的接触导通性。(www.xing528.com)

在实际镀金时，由于Ni原子半径比Au小，因此在Au原子排列沉积在Ni表层上时，其表面晶粒就会呈粗糙、多孔、稀松的形貌形成诸多空隙，而镀液会透过这些空隙继续同Au层下的Ni原子反应，使Ni原子继续氧化，而未被溶走的Ni离子就被束缚在Au层下面，形成氧化镍（Ni_xO_y）。当镍层被过度氧化侵蚀后，就形成了所谓的黑盘。焊接过程中，较薄的Au层会很快扩散到钎料中，这时露出已过度氧化、焊接性低的Ni层表面，势必使Ni与钎料之间难以产生均匀、连续的金属间化合物（IMC），将影响焊点界面结合强度，并会引发沿焊点/镀层结合面开裂，甚至可导致表面润湿不良或镍面发黑，俗称为“黑镍”。当黑镍产生后，ENIG表面的Au镀层并没有明显的变色，很容易给人造成焊盘表面处理仍良好的假象。当对这种焊盘进行焊接时，作为焊接性保护层的Au迅速溶解到钎料中，而被氧化的Ni则不能与熔融钎料发生冶金作用，造成焊点可靠性严重下降，只要稍微受力即发生开裂。图6-12所示为黑盘造成的焊点开裂。

图6-12 黑盘造成的焊点开裂