ENIG中镍金焊盘黑垫分析
ENIG焊盘的两大问题及其预防
ENIG焊盘的两大潜在问题及其预防罗道军中国赛宝实验室广州 510610摘要本文分析总结了化学镍金处理的焊盘容易发生的两大潜在问题，即镍腐蚀形成的黑焊盘问题以及焊点中富磷层生产问题的原因、危害，并给出了相应的预防控制措施。
关键词： ENIG 黑焊盘富磷层引言随着电子产品的小型化与无铅化，同时由于化学镍金（ENIG）表面处理突出的简单工艺以及成本控制方便，还有可焊性好和平整度好的优点，使得越来越多的电子产品使用ENIG 的表面处理的PCB。
但是在我们日常的工作中，常常发现这种表面处理容易出现镍腐蚀以及富磷层的两大致命的问题，这类问题一旦发生，常常造成大量批次性的焊点可靠性问题。
因为这两类问题非常隐蔽，一般不易觉察，一旦发现它的问题的时候大多已经迟了，已经造成损失了。
本文将探讨这两类问题产生的原因以及预防控制的措施。
ENIG的基本工艺ENIG最大的优点之一就是ENIG的工艺简单，只需使用两种化学药水，即化学镀镍与酸性金水。
工艺一般先是在铜焊盘上自催化化学镀镍，通过控制时间和温度来控制镍镀层的厚度；再利用镀好的新鲜镍的活性，将镀好镍的焊盘浸入酸性的金水中，通过化学置换反应将金从溶液中置换到焊盘表面，而部分表面的镍则溶入金水中，这样只要置换上来的金将镍层覆盖，则该置换反应自动停止，清洗焊盘表面的污物后工艺即可完成。
这时的镀金层往往只有约0.05微米的厚度，这就是说ENIG的工艺非常容易控制且成本相对较低（与电镀镍金相比）。
显然表面这层薄薄的金层只能起着对镍的保护作用，但一旦保护不了镍，导致镍腐蚀氧化了或被金水过渡浸蚀，即形成了所谓的黑镍（或黑焊盘）现象，而此时焊盘的表面用肉眼看来还是金光闪闪的金子，则非常容易欺骗用户。
因为，真正需要焊接形成金属间化物的是镍而不是金，金层在焊接一开始就溶解到焊料之中去了。
因此，组装工艺前加强对ENIG表面处理的PCB的质量检查是非常必要的。
黑镍的形成与危害镍镀层的质量主要取决于镍镀液的配方以及化学镀的温度的维护与控制，当然还与酸性金水处理的工艺有一定的关系。
化镍浸金焊接黑垫之探究与改善
化镍浸金焊接黑垫之探究与改善一、化鎳浸金流行的原因各種精密元件組裝的多層板類，為了焊墊的平坦、焊錫性改善，焊點強度與後續可靠度更有把握起見，業界約在十餘年前即於銅面逐漸採用化鎳浸金(Electroless Nickel and Immersion Gold;EN/IG)之鍍層，作為各種SMT焊墊的可焊表面處理(Solderable Finishing)。
此等量產板類有：筆記型電腦之主機板與通訊卡板，行動電話手機板，個人數位助理(PDA)板，數位相機主板與卡板，與攝錄影機等高難度板類，以与電腦週邊用途的各種卡板(Card，是指小型電路板而言)等。
據IPC的TMRC調查指出ENIG在1996年只占PCB表面處理的2%，但到了2000年時卻已成長到了14%了。
以台灣量產經驗而言，1000l之化鎳大槽中，單位操作量（Loading Factor）已達1.5ft2/gal（360cm2/L），工作忙碌時兩三天就需要換槽。
ENIG之所以在此等困難板類大受上下游歡迎的原因，經過深入瞭解後計有下面四點：圖1.此為Errison著名手機T-28之HDI六層板（1+4+1），線寬3mil雷射盲孔5mil，其基頻區共裝了一顆mini-BGA与4顆CSP，其Via in Pad之墊徑僅12mil左右，是1999被Prismark推崇的明星機種。
初上市時售價台幣兩萬六，由於競爭激烈与電磁波太強，2001年已跌價到了999元，災情之慘重豈僅是唏噓慨嘆而已。
1.1 表面平坦好印好焊，小型承墊獨領風騷當板面SMT的細長方形、或圓形、或方形之焊墊越來越多、越密、越小時，熔錫與噴錫處理墊面之高低不平，造成錫膏印刷不易與零件踩腳困難，進而造成熱風或熱氮氣熔焊（Relow）品質的劣化。
此與十餘年前盛行的通孔波焊，或後來墊面還夠大時的錫膏熔焊等皆大異其趣。
彼時之墊面噴錫處理，無論在焊錫（Solderablity）或焊點強度（Joint Strength）方面，均非其他可焊處理之所能望其項背。
化镍浸金失宠的背景
ENIG兼具可焊接、可触通、可打线，与可散热等四种功能于一身，一向是各种密集组装板类的宠儿，并早已成为其他表面处理所无法取代的地位。
曾几何时，当笔记本电脑之主板与后起的电话手机板上，其BGA或CSP焊垫既多又小之际，ENIG即逐渐发生焊锡性的欠佳，焊点强度（Joint Strength）不足，焊点后续可靠度低落，甚至焊点裂开分离后，还会出现黑色镍垫（Black Pad）的种种的灾难，均令生产者又恨又爱，无词以对有苦难言。
图10.左为ENIG焊后最常发现黑垫的灾区，集中在BGA组件腹底组装板的球垫上，手机板上CSP的微垫更加糟糕。
右为“能谱仪”ESD分析黑垫中发现正常镍面的含磷量为Wt4.6%，而黑带区却高达9.8wt%。
美国业者(多半为下游组装者)为了从根本上通盘改善ENIG的质量起见，著名的ITRI(互连技术研究协会)曾在1997.8月组成了一个项目研究改善的联盟（Consortium），共有22家相关业者参与(PCB及PCBA业者与药水供货商)，希望能在特殊考试板(Test Vehicle)的小心模拟下，找出故障失效（Failure）的真正原因。
然而5年来虽经众人不断努力，非但所得有限而且评比上也乏善可陈。
经数度IPC Show之Proceedings以及其他期刊中，已发表20多篇的大型论文中，实在看不到其真正原因与彻底解决的办法，细读之余仍然是一头雾水混沌难清。
唯一可行的笨方法，就是缩短化镍与浸金等槽液的使用期限，至于其等减寿的幅度如何，则端视其产品的位阶档次而定。
笔记本电脑主板所采用的ENIG，三四年前许多台湾有名的大厂，均发现过后续偶发性的焊点强度不足，焊后一两个月甚至更短的时间内，即发现少许焊点裂开及镍面发黑的Black Pad问题。
其惨遭滑铁卢割地赔款之痛苦历史，至今余悸犹存。
瘟疫所及敢说无人无之。
某些天真到近乎无知的下游客户与外行的PCB 业者，起初竟以为黑膜是碳成份的累积所致，因此还劳师动众认真检讨不已，其之大胆程度实在不敢恭维。
PCB化学镍金ENIG板焊接不良和回流焊不良的分析区分——PCB测试手段综合运用实例探讨
PCB化学镍金ENIG板焊接不良和回流焊不良的分析区分——PCB测试手段综合运用实例探讨
首先，可以使用X射线检测来检测焊接不良和回流焊不良。
焊接不良通常包括焊盘未焊接、焊盘短路、焊接缺陷等问题，而回流焊不良通常包括焊盘短路、焊盘开路、焊盘脚翘曲、焊接球缺陷等问题。
通过对焊盘和焊接球的形态特征进行分析，可以区分出这两种不良情况。
其次，可以使用电子显微镜（SEM）来观察焊接界面的形貌。
焊接不良通常会导致焊盘和焊线之间存在空隙或者氧化物，而回流焊不良通常会导致焊盘和焊线之间没有良好的结合。
通过观察焊接界面的形貌特征，可以辨别出这两种不良情况。
此外，可以使用热敏测试仪来检测PCB上热敏元件的工作温度。
焊接不良通常会导致焊盘和焊接球之间存在电阻，从而导致温度升高。
而回流焊不良通常会导致焊盘和焊接球之间没有良好的导热性能，从而导致温度升高。
通过测试热敏元件的工作温度，可以判断出这两种不良情况。
最后，可以使用成像工具来观察PCB的外观缺陷。
焊接不良通常会导致焊盘和焊接球之间存在残留物或者烧焦的痕迹，而回流焊不良通常会导致焊盘和焊接球之间没有良好的润湿性。
通过观察PCB的外观缺陷，可以推断出这两种不良情况。
综上所述，对于PCB化学镍金（ENIG）板焊接不良和回流焊不良的分析和区分，可以通过综合运用X射线检测、电子显微镜观察、热敏测试仪和成像工具等多种PCB测试手段来实现。
通过对焊接界面的形态特征、热敏元件的工作温度和PCB的外观缺陷等进行分析，可以准确地判断出焊接不良和回流焊不良。
快速的检测沉镍金镍层“黑焊盘”现象的方法
快速的检测沉镍金镍层“黑焊盘”现象的方法摘要：本文主要介绍如何采用快速的方式检测PCB 沉镍金表面处理工艺是否存在有“黑焊盘”的现象，以便及时的发现、解决问题，避免系统性问题发生。
关键词：沉镍金黑焊盘检测一、前言：化学沉镍金以其在多次回流焊、波峰焊中表现出来的优良的平整性、可焊性得到了广泛的运用及发展。
然而，随着化学沉镍金这种特定的表面处理技术的采用，“黑焊盘”的现象也开始逐渐为大家所认识，黑焊盘这种缺陷体现为贴装后焊点处下伸灰色或黑色的镍层表面。
通过过去众多的实际生产中对于“黑焊盘”现象的研究，业界对此缺陷的产生原理已经有了一个比较清晰的认识。
业界已普遍接受化学沉镍层中的磷含量对于镍层的抗腐蚀性能和可焊性有重大影响，当镍层中磷的含量较高时，镍层的抗腐蚀能力增强，但在贴装过程中引起的焊接结合部分合金层的磷产生富集，会导致该部分焊料与镍层所形成的内金属层变脆；当镍层中磷含量较低时，其抗蚀能力降低，在之后的浸金过程中，在金缸酸性的溶液的攻击下，表面大量的镍金属溶于浸金溶液，导致镍层表面磷含量相对才增高，在正常的沉积的镍磷含量合金层与薄金层之间形成一层薄薄的高磷含量合金层，在焊接过程中，表面薄金层迅速溶解于焊料当中，露出低可焊性的高磷镍表面，最终呈现表面不上锡或镍面发黑，这就是所谓的“黑焊盘”现象。
二、检测方法：方法一：先利用氰化物去除表面的沉金层，然后在放大镜或电子扫描显微镜（SEM ）下观察镍层受腐蚀的情况；优点：比较直观的观察到镍层的结构及腐蚀情况；缺点：氰化物去除表面的沉金层的时间需要控制得比较恰当，要不会腐蚀到镍层，造成假象的镍层腐蚀图片：方法二：将样品制作成观察切片中镍层颗粒沉积层的晶体是否存在“齿型”的纵向腐蚀的情况；优点：不受外来因素的影响，能明确的确认镍层腐蚀的深度及辐射面；缺点：需要SEM 测试仪图片：方法三：采用高浓度的强酸性溶液，如：硫酸、盐酸或硝酸模拟沉金过程中的腐蚀作用，较多使用的是硝酸法。
ENIG的黑盘与电镀镍金的金脆
ENIG的黑盘与电镀镍金的金脆一、ENIG的优点1、焊盘平整度好2、可焊性好3、接触电阻小4、可以进行Wire-bonding，可替代电镀镍金5、高湿环境中不氧化，可作散热表面二、ENIG的制作流程清洗——微蚀——活化——化学镀镍——化学浸金——水洗三、黑盘失效机理1、化学镀镍层的表面形态表面越平坦越有利于减少黑盘的发生；反之，表面不平坦容易造成金对镍晶界的过度攻击，形成黑盘。
为了保证表面平整度，一般要求镍层的厚度至少在160uin（0.16mil）以上。
2、镍层中的P含量过多或过少业界一般认为P含量在8-10wt%时，有利于防止黑盘的发生，而P含量过低，镍层的抗腐蚀能力变差，浸金过程中，金对镍层的攻击更强，从而容易造成黑盘的发生。
然而如果镍层中的P含量过高，在焊接的时候，化学镍金焊盘最表面的金层迅速溶解到锡中，锡和下面的镍层形成了镍锡金属间化合物，从而形成焊点连接，此后IMC不断增大，而镍层中的P不参与这个形成IMC的反应，因此，随着过程的进行，在镍与IMC界面处便会形成P的富集层，这个富P层和镍锡IMC的结合力很弱，会严重影响焊点的强度，成为断裂面。
四、金脆的定义镀金表面的焊盘，在焊接完成后，表面的金会溶解到焊料中并形成许多金属间的IMC 化合物。
由于这些含金化合物颗粒非常脆，焊点也表现出一定的脆性，业界称为“金脆”。
一般认为焊点中的金含量超过3wt%时会引起典型的金脆缺陷。
五、金含量的计算计算金含量之前先要作几个假设：（1）焊点体积和原始焊膏体积的比例是一定能够的，如50%或55%，对BGA焊球可以认为其体积无变化。
（2）引脚或焊球上接触焊料的金镀层全部融解到焊料中（3）引脚、焊盘或者substrate上镀层厚度一致（可测量多次，取平均值）根据以上假设，焊点中金的含量百分比可以用以下方法计算出：（1）首先测量计算出引脚、焊盘或者substrate浸在焊料中的面积；（2）测量出引脚、焊盘等镀层中金的厚度；（3）金的体积等与引脚浸锡面积和金镀层厚度的乘积；（4）根据上面计算的数据加上金、焊锡的密度，金在焊料中的重量百分比就可以算出来了。
PCB化学镍金ENIG板焊接不良和回流焊不良的分析、区分——PCB测试手段综合运用实例探讨
综合厂家以上的反馈，我们对问题板展开的分析和论证： 对问题板检查发现： 1. BGA焊接处取下BGA元器件后，有大部分BGA焊点根本没有上锡，金层完好无损， BGA未与PAD形成焊点的已回熔的锡球与PAD相对的面圆滑无任何焊接，接触迹象。BGA锡 球灰暗疏松与冷焊情况十分相似。未取下BGA的不良板有部分BGA焊点虽然形成焊点,但 锡球和盘间已经裂开（焊锡裂纹），所以我们怀疑出现虚焊情况。 2. 不上锡的金层未被破坏的盘用去污水处理和橡皮处理。再次焊接，大部分盘上 锡，极少部分盘仍不上锡，但用刀片轻轻的刮金表面（金表面保持完整）后，用手工焊 能上锡。 3. 问题板数量较少。后续板（同型号不同批次，先后顺序沉金的板。期间未改动 过任何参数。只是发货时间有先后之分）未再发生相同情况。 综合以上和厂家反馈初步分析后有以下怀疑： 1. 回焊过程中的突发局部温度失温或局部温度不均情况，导致BGA处焊接冷焊、虚焊。 2. 部分金面存在不明污染。 3. 金面污染并不像PCB制程本身的缺陷和操作失误导致。 为此展开以下实验项目和验证： 1. 切片检查不上锡的板和同批次板焊接面情况和镀层情况。检查Au和Ni面是否异常。 2. 切片检查BGA上锡不良和裂缝处焊接界面情况。观察是否有冷焊、虚焊情况。 3. 使用X-RAY荧光光谱仪对同批次板进行大量测试，测试Au和Ni的厚度。 4. 请熟悉的，设备条件好的两家第三方帮忙了进行SEM和EDX分析，对同批次板进行大 量SEM和EDX测试，查找可能发生的污染情况。（由于厂家测试是直接用不良板进行元素 测试，其间无法排除焊接中的各种污染残留和撬起BGA时的铜盘刮伤残留，所以我们进
常见问题一览表问题问题产生分析金面红斑1镍厚度不足2薄金浸镀时间过长3水洗水发霉4金药液污染fe5有机污染绿漆溶出6镍镀层不良7高温叠板8cu含量过高1活化液污染尤其是fe2活化液老化3活化液温度过高4活化后水洗不良5ni槽补充异9活化时间过长金面粗糙1cu面粗糙2cu面過度氧化3cu面不洁绿漆或显影液残留4ni面粗糙5ni镀液ph太高6ni错合剂低7ni镀液有不溶性颗粒8前处理不良9不溶性颗粒带入ni10水质不洁金面色差1ni槽补充异常2ni槽搅拌太强循环量3ni槽金属杂质污染4绿漆溶入镀液中5ni槽活性太差6活化不良局部露铜1cu面污染2绿漆残留缩锡沾锡不良1au面污染指纹2化镍金后制程污染3au面红斑cu4锡膏污染cu5冷焊6镀镍层龟裂1电位差独立线路或绿漆塞孔2活化不良3ni活性不良4药液污染5ni槽循环量过大焊点强度不足1ni面黑垫导致imc结合不好2金厚过厚金层焊接时逸走不及时发生金脆以上供大家参考
黑焊盘之初步探讨
快速检测ENIG PCB焊盘有无黑焊盘失效的方法[3]
方法1：
先利用氰化物去除表面的沉金层，然后在放大镜或电子扫描显微 镜（SEM ）下观察镍层受腐蚀的情况；
ห้องสมุดไป่ตู้
方法2：
将样品制作成观察切片中镍层颗粒沉积层的晶体是否存在“齿型”的 纵向腐蚀的情况；
[3] 快速的检测沉镍金镍层“黑焊盘”现象的方法 <印制电路资讯>
黑焊盘之初步探讨
Prepared By Navy Yang 2010-12-16
黑焊盘失效特征[1]
1) 焊接前Ni 层表面存在腐蚀状裂缝, Ni层截面存在纵向腐蚀; 2) 焊接后的Ni 层截面纵向腐蚀裂缝进一步加剧, IMC 层与Ni (P) 层之间可见明显富P 层(P 含量为焊接前的2 倍或以上) ; 3)焊点开裂发生在IMC 层与Ni3P 之间, 断裂后的镍层表面平坦, 基本无焊料残留, 且可见明显泥裂。
[1]:周斌, 邱宝军 ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究 半导体技术 第35 卷第7期. [2]:ZENG K J , STIERMAN R ,ABBOTT D , et al. Root cause of black pad failure of solder joints with electroless nickel immersion gold plating [C] ∥Proc of ITHERM’06. San Diego , CA , 2006 :1 11121119.
[2]:ZENG K J , STIERMAN R ,ABBOTT D , et al. Root cause of black pad failure of solder joints with electroless nickel immersion gold plating [C] ∥Proc of ITHERM’06. San Diego , CA , 2006 :1 11121119.
化镍浸金焊接黑之探究与改善(篇)
3.3 另篇黑墊論文佳著Black Pad：ENIG with ThickGold and IMC Formation During Soldering andRework（IPC 2001論文集S10-1-1）本文甚長共有18頁且含46張照片，作者Sungovsky及Romansky均任職於加拿大之Celestica 公司（CEM廠商類），與前ENIG專案負責人Houghton 皆屬同一公司。
本文亦從模擬實際板的焊接及拉脫著手，而仔細觀察黑墊的成因。
並對ENIG的層次結構深入探討，更值得的是尚就故障銲點與脫落元件提出了挽救的辦法，是其他文獻所少見。
現將全文要點整理如下：1.綜合前人研究認為BGA的圓墊與QFP的長墊，其等銲點的脫裂與黑墊的發生，是一種難以捉摸的偶發性缺點（Sporadic Depect）。
發生的可能機理（Mechanism）係於置換反應中，當一個體形較小的鎳原子（氧化）溶走的同時，會有兩個體形甚大的金原子（還原）沈積，在晶格成長時會造成全面推擠性的差排（Misalignment），因而使得鎳與金的界面中出現很多的空隙疏孔，甚至藏有藥水等，容易會造成鎳面的繼續鈍化及氧化。
圖38.左為已有黑墊的銲點用牙籤即可推裂，摧枯拉朽莫此為甚右為移走零件腳後的墊面黑垢，災情嚴重下場淒慘。
2.3.置換反應中金水過度活躍又猛攻含磷較多（9%以上）的鎳層，以致在鎳金界面中形成的各種黑墊的惡果（即前文3.1中Biunno的發現）。
金層不宜太厚，否則對強度不但無益反而有害(拜託！老師傅們請千萬別再自作聰明自以為是了！)，即使未能全數溶入焊錫之中時，還會積存而以AuSn4參與黑墊的犯罪組織。
4.化鎳藥水管理不善，綠漆硬化不足，以致有機物溶入甚多，使得黑墊中不但為NixOy的主成份外，亦發現碳的含量頗高。
5.曾用XRF量測實驗板上QFP與BGA等總共239個焊墊，以及通孔環面的鎳厚與金厚，發現鎳厚的變化很大（75 in-224 in），金厚的落差也不少（2.2 in-7.5in）。
再流焊常见质量缺陷的解决方法
改善措施 不足的焊膏使用专业的 钎焊烙铁可以移处。加 一些助焊剂到焊点上， 再放置一些断续的纤维 ，把钎焊烙铁尖放到钎 焊合金的上表面进行加 热，直到焊膏合金溶化 后进入纤维后抬起来。 一次不行可以多次。使 用焊膏丝重新钎焊元件 端部。如果必要的化使 用异丙醇、棉花球、或 软抹布清洗，直到焊剂 被去除。
改善措施 1. 选用合格的元 件； 2. 避免操作过程 中的损伤； 3. 焊膏印刷均匀 。
缺陷图片
6
再流焊常见质量缺陷及解决方法
质量缺陷类 型 墓碑（ Tombstone ）
缺陷描述 墓碑现象指 元件一端脱 离焊锡，直 接造成组装 板的失效。
产生原因 1. 锡膏印刷不均匀； 2. 元件贴片不精确； 3. 温度不均匀； 4. 基板材料的导热系 数不同以及热容不同； 5. 氮气情况下墓碑现 象更为明显； 6. 元件与导轨平行排 列时更容易出现墓碑现 象。
再流焊常见质量缺陷及解决方法
江苏省淮安市中等专业学校
张姮
教学目的及要求 教学目的及要求
教学目的：了解再流焊常见质量缺陷；了解再流焊 常见质量缺陷的解决方法。 教学重点：再流焊常见质量缺陷。 教学难点：再流焊常见质量缺陷的解决方法。
2
再流焊常见质量缺陷及解决方法
质量缺陷 类型
不润湿（ Nonwetti ng）/润 湿不良（ Poor Wetting ）
改善措施
1.不使用已变质的焊 接材料；2.选用镀层 质量达到要求的板材 ；3. 焊接前黄铜引脚 应该首先镀一层1～ 3μ m的镀层；4.合理 设置工艺参数，适量 提高预热或是焊接温 度，保证足够的焊接 时间； 5.采用氮气保护； 6.焊接0201以及01005 元件时调整原有的工 艺参数，减缓预热曲 线爬伸斜率，锡膏印 刷方面做出调整。
ENIG焊盘润湿不良失效分析
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：Ｅ ＮＩ Ｇ ；Ｉ １ ｃ ｗｔ ￣ ｌ ｔ ｉ ｉ １ ｇ ；ｂ ｌ ａ ￣ ・ ｋ ｐ ａ ￣ ｔ ；ｆ ａ ｉ ｈ Ｊ Ｊ Ｐ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
０ 引 言
化学 镍 会 （ Ｅ Ｎ Ｉ Ｇ：Ｅ ｌ ｅ ￣ ・ ｔ ｒ ｎ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ Ｉ ｍＩ Ｉ １ ｅ ｒ ｓ ｉ ０ ｎ Ｇ ｏ ｈ ｔ ）镀 层 集可焊 接 、接 触 导通 、打 线 和散 热 等功 能 卜 ＋ 身， 被广 泛地 川 １ ： 电 子和通 信领 域 ．仇 ・ 缺 点 ．例 如 ：Ｅ Ｎ Ｉ （ 流 狂 Ｋ 、
乜 了 Ｊ ‘ ｔ
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与 环 境 试 验
Ｅ Ｎ Ｉ Ｇ焊 盘 润 湿 不 良失效 分 析
李 进 一 。张 浩敏 一 ．袁 保 玉 ｔ ， ：
（ Ｉ ． ｒ、 ｌ 霸Ｉ ０ 、 化 ５ Ｉ Ｕ广 们Ｉ 究Ｊ ，＿ ｌ １ 。 东 ｒ‘ ０ Ｉ ５１ ｌ ０ ６１ ０：
的 过 程 和 手段 ，通 过采 Ｈ ｊ 外 观 检 奄 、金 桕 切片 、Ｓ Ｅ Ｍ ＆Ｅ Ｄ Ｓ等 分 析 手 段 ．发 现 了 导 致 上锡 不 良的 主 要 原 因 为 黑
焊 盘造 成 的 润湿 不 良 同时 。总 结和 分 析 了导 致 此缺 陷 的原 因 和应 采 取 的对 策
关 键 词 ：化学镍 金：润湿不 良；黑焊盘 ；失效分析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ Ｉ ｌ ｒ （ １ ｒ ｒ １ ｔ ｌ ｓ ｏ １ ％ ｔ Ｉ ｌ １ Ｐ（ Ｉ 、 ￣ Ｐ ｔ ｌ ｎ ｌ ｇ Ｉ ｌ ｌ ’ ｏ ｈ ｈ 、 ｌ ｌ １ ｎ ｆ Ｅ ＮＩ Ｇ ｐ ａ （ Ｉ 。 ａ ｌ ｙ ｐ ｉ （ － ａ ｌ （ － ａ ｓ ｉ ｓ ａ Ｉ ｌ ａ ｂ ｚ （ Ｉ ． Ｆ ｈ ｔ
PCB化学镍金ENIG板焊接不良和回流焊不良的分析、区分——PCB测试手段综合运用实例探讨
保温区时，使 PCB 和元器件得到充分的预热，以防 PCB 突然进入焊接高温区而损坏 PCB
和元器件；在助焊剂活化区，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元件焊端，并清洗氧化层；当
PCB 进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡润湿 PCB 的焊盘、元
件焊端，同时发生扩散、溶解、冶金结合，漫流或回流混合形成焊锡接点；PCB 进入冷
程中会迅速溶入锡体之中。所以黄金本身并未参与焊点的组织，其唯一的功用就是在保 护化镍层免于生锈或钝化，否则将不能形成IMC也无法焊牢。金层越厚熔入焊点的量也 将越多，反而会造成脆化以致焊点强度越糟也越不可靠。而焊接温度不足也会对焊接造 成非常大的影响。相关问题大致请见下表：
常见问题一览表
问题
问题产生分析
才较坚强和可靠。焊接良好的焊点切片将清楚的看到均匀的IMC层。如果焊接时焊接热
量不充足，虽然已经形成NixSny的IMC层，但由于热量不足会直接影响AuxSny的形成和Au 的扩散速度，导致Au未必完全熔入焊锡，那么此时的焊点强度将大打折扣。一旦收到外
力将很容易裂开。 所以由上可见：ENIG可焊层所形成的焊点是生长在镍层上，而浸金的薄层在焊接过
But Micro slice can still be used for the further observation of PCB production process, malfunction mechanism of PCB, malfunction mechanism of SMT welding, etc. or the demand on research development, but here the slice should be magnified at 400 to 500 times, even 1000 times. If necessary, X-RAY fluorescence spectroscopy, SEM, EDX should be used to verify because it couldn’t prove too much only by a slice image.
pcb“黑盘”怎么避免不然几亿就没了。
pcb“黑盘”，怎么避免不然几亿就没了。
PCB“黑盘”会给焊点的可靠性带来灾难性影响，造成电子产品的质量事故，重则给企业带来巨额损失。
而国内电子产品企业PCB“黑盘”质量事故却屡见不鲜！PCB“黑盘”事故为何频频发生？化学镍金（ENIG）“黑盘”的风险又是否可以规避？在此，带你对ENIG“黑盘”一探究竟，本文将为业界同行揭示PCB“黑盘”事故的危害、产生机理及规避方向。
PCB是电子工业的重要部件之一，几乎所有的电子设备，小到日常生活中随处可见的电子手表、计算器，大到计算机、通讯电子设备、飞机、雷达等，只要有集成电路等电子元器件的电气互连，就必然会使用PCB。
PCB为什么会出现“黑盘”？首先，我们需要了解清楚什么是PCB表面处理，以及目前业界流行哪些类型的PCB表面处理。
什么是PCB的表面处理？铜作为PCB内外层互连的优良导体，具有良好的导热性和导电性。
裸铜本身可焊性很好，但暴露在空气中很容易氧化和受到污染，而铜的氧化层对焊接有极大的危害，能导致焊接时无法上锡（焊锡性不良），甚至元器件与焊盘无法焊接。
而PCB的表面处理便是在焊盘表面和镀覆孔内涂（镀）覆一层物质，确保焊盘和镀覆孔不被氧化。
这里的“表面”是指PCB上提供给电子元器件与PCB电路之间电气连接的连接点铜面，如焊盘或接触式连接点、电子元器件的插件孔等。
通俗地讲，表面处理最基本的目的就是保证PCB具有良好的可焊性或电性能，给铜面穿上一层抗氧化和可焊性的“外衣”。
以化学镍金（ENIG）表面处理为例，经过ENIG前后的焊盘截面对比如下图1所示：图1表面处理前后焊盘截面对比示意图当前PCB最流行的表面处理是什么？目前业界有多种PCB表面处理工艺，没有哪一种最完美，所以才会有这么多种选择，每一种表面处理都有各自的优缺点。
常见的类型有化学镍金（ENIG）、热风整平（包括有铅喷锡HASL、无铅喷锡LF-HASL）、有机抗氧化膜（OSP）、电镀镍金、化学银（IAg）、化学锡（ISn）、化学镍钯金（ENEPIG）。
PCB化金品质缺陷ENIG化金品质缺陷与分析
PCB化金品质缺陷ENIG化金品质缺陷与分析ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold）是一种常用的PCB （Printed Circuit Board）表面处理工艺，具有良好的焊接性能和耐腐蚀性。
然而，即使在ENIG工艺下，金品质也存在一些缺陷。
本文将对ENIG化金品质缺陷进行分析。
首先，ENIG化金品质缺陷之一是孔壁结构不均匀。
在制作PCB时，金化是在浸镍的基础上进行的。
然而，由于镍和金在溶液中的沉积速率不同，导致金层的厚度在不同孔壁位置上有所不同。
这种孔壁结构不均匀会对焊接过程中的信号传输和电阻性能产生不利影响。
其次，ENIG化金品质缺陷还包括金粒不良和残留有机物。
在ENIG工艺中，金粒的尺寸对于焊接性能和耐腐蚀性能非常重要。
如果金粒过大或过小，将会影响焊接质量和金层的耐腐蚀性能。
此外，由于残留的有机物可能会在金化过程中发生分解，产生气泡或者棘手的沉积物，从而降低金层的质量。
此外，ENIG化金品质缺陷还包括表面平整度不够和金层致密性不佳。
金化的表面平整度不够可能会导致焊接面与元件之间的间隙，进而影响焊接的质量。
而金层的致密性不佳则会导致在使用过程中金层的老化和脱落，从而降低金层的耐腐蚀性能。
最后，ENIG化金品质缺陷还包括金层的颜色不一致和金层的镍间层。
金层的颜色不一致可能会影响产品的外观美观度。
而金层的镍间层可能会发生在金层和镍层之间的界面上，导致焊接质量降低。
针对ENIG化金品质缺陷，可以采取一些措施进行分析和改善。
首先，应选择合适的化金工艺参数，确保金层的厚度和金粒尺寸在合理的范围内。
其次，可以通过调节溶液配方和工艺条件，降低残留有机物的含量，并提高金层的致密性。
此外，可以采用电镀技术对金层进行后处理，提高表面平整度。
最后，应加强对化金过程的监控和质量检测，及时发现和处理化金品质缺陷。
总之，ENIG化金品质缺陷是制作PCB过程中常见的问题。
通过合理的化金工艺参数选择和工艺控制，可以有效改善化金品质，提高PCB的焊接性能和耐腐蚀性能，从而保证产品质量。
PCB化镍金简介
化镍金简介化学镍金工艺具有高度的平整性、均匀性、可焊性或耐腐蚀性等，正日益受到广大客户的青睐，本文就实际生产中遇到一些常见品质问题的原因及对策进行探讨。
一、前言化学镍金（ENIG）也叫化学浸金、浸镍或无电镍金，线路板化学镍一般P 含量控制在7～9%（中磷），化学镍磷含量分为低磷（亚光型）、中磷（半光型）及高磷（光亮型），磷含量越高抗酸腐蚀性越强。
化学镍分为铜上化镍、铜上化镍金和上化镍钯金工艺。
化镍常见问题有“黑垫”（常称为黑盘，镍层被腐蚀呈灰色或黑色不利于可焊性）或者“泥裂”（破裂）。
化学金分为薄金（置换金，厚度1～5u〃）及厚金（还原性金，沉金厚度可以达25微英寸以上且金面不发红）。
我司主要生产化学薄金。
二、工艺流程前处理（刷磨及喷砂）→酸性除油剂→双水洗→微蚀（过硫酸钠硫酸）→双水洗→预浸（硫酸）→活化（Pd触媒）→纯水洗→酸洗（硫酸）→纯水洗→化学镍（Ni/P）→纯水洗→化学金→回收水洗→纯水洗→过纯热水洗烘干机。
三、工艺控制1. 除油缸PCB化镍金通常采用的是酸性除油剂作前处理，其作用在于去除铜面之轻度油脂及氧化物，达到铜面清洁及增加润湿效果的目的，不伤油墨低泡有机酸型易清洗板面。
2. 微蚀缸（SPS+H2SO4）微蚀的目的在于去除铜面氧化层及前工序遗留残渣，保持铜面新鲜及增加化学镍层的密着性，常用微蚀液为酸性过硫酸钠溶液（Na2S2O8：80～120g/L；硫酸：20～30ml/L）。
由于铜离子对微蚀速率影响较大（铜离子越高会加速铜面氧化，如水洗不充足易污染下一道药水槽，铜离子的浓度控制是根据所生产品质要求而定，以保证微蚀深度在0.5～1.0μm，换缸时往往保留1/5缸母液（旧液），以保持一定的铜离子浓度。
3. 预浸缸预浸缸只是维持活化缸的酸度以及使铜面在新鲜状态（无氧化物）下进入活化缸，硫酸钯预浸缸采用硫酸（H2SO4）作预浸剂，其浓度与活化缸一致。
4. 活化缸活化的作用是在铜面析出一层钯（Pd），作为化学镍起始反应之催化晶核。
化镍金焊接后产生黑垫的原因探究
化镍金焊接后产生黑垫的原因探究作者：丁民坚张尚成曾志生来源：《城市建设理论研究》2013年第04期中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：化学沉镍金是一种表面涂层，它能让大多数的组装的要求,它具备抗氧化功能和十分平整的PAD表面,能广泛用于电子和通讯领域有，用途也有很多。
不过化镍金在焊接后有黑垫问题，这个问题让药水供应商、PCB制造商和下游的SMT客户一直很困扰，目前就化镍金焊接后黑垫产生原因这一问题，在PCB业界的定义比较模糊，本文将分析及探讨化镍金板焊接后出现黑垫产生的原因，通过在试验中对比进行。
1 前言化学沉镍金是一种表面涂覆的工艺，它是在表面贴装技术的发展后跟着发展出来的。
当代繁杂的印制板成品的表面需要具备很多种用途，所以在它生产的过程中，不但要求其焊垫要是小孔、细线、平整的，而且还要求其可焊性、表面的结合性和低的接触电阻良好。
化学沉镍金是一种表面涂层，它能让大多数的组装的要求,它具备抗氧化功能和十分平整的PAD表面,能广泛用于电子和通讯领域有，用途也有很多。
不过化镍金在焊接后有黑垫问题，这个问题让药水供应商、PCB制造商和下游的SMT客户一直很困扰，目前就化镍金焊接后黑垫产生原因这一问题，在PCB业界的定义比较模糊，本文将分析及探讨化镍金板焊接后出现黑垫产生的原因，通过在试验中对比进行。
2 分析镍腐蚀产生的原理在化学反应时金沉积与镍溶解一起产生生置换反应，在界面被金层密封导致无镍可溶的同时金层的沉积也会停止。
不过因为金层的疏孔很多，只要结构不密实还是可以进行缓慢的反应，在某些因素影响下金水的活跃性会过度，这种情况会导致局部镍面不规律的过度氧化，就算沉上金层，它和底镍之界面间也已经早就有一些很坏的氧化物存在了，如果继续恶化就变成了黑垫。
3 试验分析过程3.1镍腐蚀的影响与镍厚不同有关：将不同镍厚的镍面SEM进行比对以后可以得出，如果沉镍的时间越长，那么晶格也就越大，这样就可以减少金置换的时候对镍晶粒间的腐蚀。
黑焊盘有关问题探讨及失效案例分析
黑焊盘有关问题探讨及失效案例分析本报编辑：韩双露时间: 2010-1-28 17:32:23 来源: 电子制造商情马丽利赛宝实验室分析中心摘要：本文从化学镍金的原理出发，探讨了黑焊盘的形成机理、影响因素及控制措施，并结合实际案例详细介绍了有关黑焊盘失效分析的思路和方法。
关键词：化学镍金黑焊盘失效分析Discussion for Black Pad //and// Failure Analysis for RelatedExampleThe No.5 Research Institute of MII, National Key Laboratory of Science //and// Technology on Reliability Physics //and// Application of Electrical Component, Guangzhou 510610, ChinaAbstract: In this paper, based on the process of ENIG, the mechanism of black pad formation has been presented in detailed. The reason //and// prevention have also been discussed.With the failure example related black pad, the failure analysis method has been introduced。
Key Words: ENIG Black Pad Failure Analysis1引言化学镍金（Electroless Nickel Immersion Gold， ENIG）作为PCB和BGA封装基板焊盘的表面镀层，目的是防止Cu基板的氧化并得到可焊接的表面。
ENIG除了可以提供良好的焊接性能和接触界面之外，其成本相对与电镀镍金来说也非常有优势[1]，但是随之产生的众所周知的黑焊盘（Black Pad）现象却是一个令众多制造商和用户头疼的问题。
化镍浸金焊接黑垫之探究与改善下篇
亦属无可奈何之中的免强出招。
另篇黑垫论文佳着Black Pad：ENIG with ThickGold and IMC Formation During Soldering andRework（IPC 2001论文集S10-1-1）本文甚长共有18页且含46张照片，作者Sungovsky及Romansky均任职於加拿大之Celestica 公司（CEM厂商类），与前ENIG专案负责人Houghton 皆属同一公司。
本文亦从模拟实际板的焊接及拉脱着手，而仔细观察黑垫的成因。
并对ENIG的层次结构深入探讨，更值得的是尚就故障焊点与脱落元件提出了挽救的办法，是其他文献所少见。
现将全文要点整理如下：1.综合前人研究认为BGA的圆垫与QFP的长垫，其等焊点的脱裂与黑垫的发生，是一种难以捉摸的偶发性缺点（Sporadic Depect）。
发生的可能机理（Mechanism）系於置换反应中，当一个体形较小的镍原子（氧化）溶走的同时，会有两个体形甚大的金原子（还原）沈积，在晶格成长时会造成全面推挤性的差排（Misalignment），因而使得镍与金的界面中出现很多的空隙疏孔，甚至藏有药水等，容易会造成镍面的继续钝化及氧化。
图38.左为已有黑垫的焊点用牙签即可推裂，摧枯拉朽莫此为甚右为移走零件脚後的垫面黑垢，灾情严重下场凄惨。
2.3.置换反应中金水过度活跃又猛攻含磷较多（9%以上）的镍层，以致在镍金界面中形成的各种黑垫的恶果（即前文中Biunno的发现）。
金层不宜太厚，否则对强度不但无益反而有害(拜托！老师傅们请千万别再自作聪明自以为是了！)，即使未能全数溶入焊锡之中时，还会积存而以AuSn4参与黑垫的犯罪组织。
4.化镍药水管理不善，绿漆硬化不足，以致有机物溶入甚多，使得黑垫中不但为NixOy的主成份外，亦发现碳的含量颇高。
5.曾用XRF量测实验板上QFP与BGA等总共239个焊垫，以及通孔环面的镍厚与金厚，发现镍厚的变化很大（75 in-224 in），金厚的落差也不少（ in）。
PCB化学镍金ENIG板焊接不良和回流焊不良的分析、区分PCB测试手段综
PCB化学镍金ENIG板焊接不良和回流焊不良的分析、区分PCB测试手段综目录一、内容概要 (2)二、PCB化学镍金ENIG板概述 (3)1. PCB基本概念及工艺 (4)2. 化学镍金ENIG板特点 (5)三、焊接不良分析 (6)1. 焊接不良类型 (7)1.1 焊接点虚焊 (8)1.2 焊接点过焊 (9)1.3 焊接点冷焊 (11)2. 焊接不良原因 (12)2.1 焊接材料问题 (13)2.2 焊接工艺问题 (15)2.3 PCB板质量问题 (15)四、回流焊不良分析 (17)1. 回流焊过程概述 (18)2. 回流焊不良表现 (18)2.1 焊接处锡珠过多 (19)2.2 焊接处锡量不足 (20)2.3 焊接处元件移位 (22)3. 回流焊不良原因 (22)3.1 焊接温度设置不当 (24)3.2 PCB板设计不合理 (25)3.3 元件放置不当 (26)五、PCB测试手段综合 (26)1. 外观检测 (28)1.1 目视检测法 (29)1.2 显微镜检测法 (30)2. 功能性测试 (31)2.1 电气性能测试法 (32)2.2 在线测试法法结合应用 (33)一、内容概要本篇文档深入探讨了PCB化学镍金ENIG板在焊接过程中出现的不良现象，以及这些不良现象与回流焊工艺之间的关联。
文档首先对化学镍金ENIG板的基本特性进行了简要介绍，随后详细分析了焊接不良的具体表现及其可能原因。
在此基础上，文档进一步讨论了如何通过一系列PCB测试手段来有效区分这些问题，并提出了相应的解决策略。
在焊接不良方面，文档指出了一些常见的缺陷形式，如焊点不牢、金线断裂、球形或半球形金凸点不饱满等。
这些缺陷不仅影响电路的稳定性，还可能降低产品的可靠性和使用寿命。
文档分析了这些不良现象与PCB设计、材料选择、生产工艺以及焊接工艺等多个因素之间的密切关系。
为了准确识别这些问题，文档提出了一系列PCB测试手段，包括目视检查、电测量、功能测试和失效分析等。
化镍浸金焊接黑垫的探究与改善
化镍浸金焊接黑垫的探究与改善化镍浸金焊接黑垫是一种常用的电子器件制造工艺，其目的是提高接触面的导电性能和耐腐蚀能力。
然而，这种工艺在实际应用中存在一些问题，例如焊接黑垫与焊接金属之间的附着力不强，易发生剥离现象；同时，焊接黑垫内部的结构容易发生热胀冷缩的变形，使得其性能受到一定的限制。
本文将对化镍浸金焊接黑垫进行探究，并提出改善方案。
首先，焊接黑垫与焊接金属之间的附着力问题较为突出。
该问题主要是由于化镍浸金工艺在制备焊接黑垫时，金属表面存在一定的氧化膜，导致化镍无法与金属牢固结合。
为解决这一问题，可以采用预处理工艺，例如在金属表面进行酸洗、电解去氧、超声清洗等工序，以降低氧化膜的存在，从而提升附着力。
其次，焊接黑垫内部结构的变形对其性能造成一定的限制。
在进行焊接过程中，焊接黑垫受到高温加热和冷却的影响，会发生热胀冷缩的现象。
当温度升高时，焊接黑垫内部结构会膨胀，而当温度降低时，焊接黑垫内部结构会收缩。
这种热胀冷缩会导致焊接黑垫产生应力，从而影响其性能。
为改善这一问题，可以尝试两种方法。
首先，可以在焊接黑垫的制备工艺中添加一定的抗热胀冷缩剂。
这种抗热胀冷缩剂可以在高温下起到一定的填充作用，减少焊接黑垫内部结构的变形。
其次，可以尝试改变焊接工艺参数，如降低焊接温度或延长焊接时间，以减小热胀冷缩引起的变形。
综上所述，化镍浸金焊接黑垫存在附着力不强和内部结构变形的问题。
为解决这些问题，可以通过预处理金属表面、添加抗热胀冷缩剂和调整焊接工艺参数等措施来改善。
这些改进措施有助于提高焊接黑垫的性能，使其广泛应用于电子器件制造领域。
继续改善焊接黑垫的附着力问题，还可以考虑采用金属助焊剂的方法。
金属助焊剂是一种具有良好润湿性的液体或固体，可以在焊接过程中与金属表面发生化学反应，形成牢固的连接。
在焊接黑垫制备之前，可以在金属表面涂覆一层金属助焊剂，然后再进行化镍浸金的工艺，通过金属助焊剂的作用，可以大大提高焊接黑垫与焊接金属之间的附着力。
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()
与传统的点涂针管相比 % 陶瓷 点涂头获得很大改进 % 主要表现在 三个方面 !
!" 点 涂 头 材 料 ! 陶 瓷 比 不 锈 钢
更耐用 &
(./
随着 MNOP 的普遍应用 % 黑焊 盘问题一直是业界非常头痛的问题 和亟待解决的问题 & 目前业界已经 投入了很多的研究精力 % 也取得了 不小的进展 % 比如用 MNMAOP ) 化学 镍钯金 "取代化学镍金 % 即在镀金前 先镀上一层薄薄的金属钯 & 但是在 很长一段时间内 % 化学镍金将仍然 一直被广泛使用 % 黑焊盘的问题也 一直在爆发 & 为此本文再次对黑焊 盘的形成机理及控制对策进行了探 讨 % 以加深业界对于此问题的进一 步的认识 % 也避免不必要的重复性 的损伤与质量纠纷 &
"" 成型是一个复制的过程 % 因
此点涂头的一致性得到极大提高 &
#" 当 烧 结 时 陶 瓷 收 缩 % 因 此 模
型的实际几何形状比喷嘴大 & 在极 小的几何形状中这无疑是有益的 &
AKL 光板的成本和装配零部件以后
的组件的成本相差巨大 & 有黑焊盘 问题的焊点的质量与可 靠 性 很 低 % 强度很差 %稍稍碰撞就发生掉件 & 因 此 % 必须严加预防或控制 % 除了在前 面的论述中加强 MNOP 本身的制程 管制以外 %对于用户而言 % 必须采取 有效措施及时在使用以前发现黑焊 盘的问题 & 一般而言 % 黑焊盘具有典 型的特征 ! 就是镍表面有明显的龟 裂纹 % 在晶界边缘有明显的腐蚀发 黑的现象 & 另外就是从焊盘的截面 还可以看到纵向的腐蚀纹路 % 如果 焊接后 % 则通常通过焊点的切片检 查是否有纵向的腐蚀纹路来判断黑 焊盘是否存在 & 对于黑焊盘现象的控制 % 我们 在前面的期刊发有专门的文章讨论 过 % 这里简单复述一下 & 方法一是 % 用 QMR 对化学镍金 AKL 来料的焊 盘表面进行检查 % 为了慎重起见 % 通 常需要用去金水先去除金层然后再 观察镍层的表面看是否有黑焊盘的 特征 ’ 二就是用镀锡铜线手工焊接 几个典型的焊盘 % 然后测试其拉脱 强度 % 如果拉脱强度明显与正常值 偏低 % 则可能存在黑焊盘现象 ’ 三就 是 用 AKL 样 品 做 酸 性 气 体 腐 蚀 实 验 % 一般致密的镀金层可阻止酸性 气体对焊盘的腐蚀 % 但是如果镀金 层裂纹太多 % 不能保护镍镀层则可
原速度相匹配 &
()*+,某 *#: 经回流焊之后 # 部分焊 点焊接不良 # 出现了反润湿的现象 # 且焊盘发黑# 所用的焊料是
致表面润湿不良或镍面发黑 # 俗称 $ 黑镍 %&
黑焊盘形成的影响因素及控制措施
实 际 上 镀 金 时 () 层 的 氧 化 几 乎是不可避免的 # 只是程度有差别 而已 & 影响黑焊盘形成的因素有很 多 # 且错综复杂 & 大量研究和实际情 况表明 # 镀层中 * 的含量是整个镀 层 质 量 的 关 键 & 当 * 含 量 在 +, "
!" !"# #$%$%&!" & !!#!$ ’!$%
8*-0 中 的 化 学 镀 镍 层 实 际 上
是镍 = 磷 !*+=3% 合金层 $ 化学镀时 使 用 的 镀 液 中 的 次 磷 酸 根 离 子 !3 为 >3? % 主要作为还原剂 " 与此同
! @
时 A3?@ ! 也 可 以 发 生 歧 化 反 应 " 自 我还原成单质 3 " 并和 *+ 原子一起 沉积 " 同时有氢气 !A@% 放出 $ 从 *+=
() 离 子 转 变 成 () 盐 沉 积 附 着 # 二
是 控 制 () 原 子 氧 化 速 度 与 金 的 还
: - ()/;<=
: F >?@/0ABCD=EF
./012345#6789
从上面的机理分析以及案例的 情况看 #黑焊盘是不容易发现 # 因为 黑焊盘实质是镍镀层的氧化或腐 蚀 #如果不是特别严重 # 焊盘表面镀
-., 之间时 #() 层的质量比较好 & 前
面已经提到 #() 层中有两个稳定相
() 和 ()/* # 如 果 * 含 量 偏 高 # 表 明 () 层中的 ()/* 相的比例多 # 而 ()/*
势能比 () 更 低 # 更 加 稳 定 # 不 容 易 发生反应 & 因此 * 含量越多 #() 层 的抗蚀能力越强 # 但是焊接时 # 直接 与 焊 料 形 成 !"# 的 是 () #() 相 占 的比例少 # 就会影响焊盘 () 层的润 湿力 & 相反 # 如果 () 层中 * 含量偏 低 # 表明 () 相占的比例相对多 # 那 么整个 () 层的势能也偏高 # 就相对
化学镍金的原理
*+ 原子半径比 67 的小 " 因此在 67
原子排列沉积在 *+ 层上时 " 其表面 晶粒就会呈现粗糙 & 稀松 & 多孔的形 貌形成众多空隙 " 而镀液就会透过 这 些 空 隙 继 续 和 67 层 下 的 *+ 原 子反应 " 使 *+ 原子继续发生氧化 " 而 未 溶 走 的 *+ 离 子 就 被 困 在 67 层下面 " 形成了氧化镍 !*+J?K%$ 当镍 层被过度氧化侵蚀时 " 就形成了所 谓的黑焊盘 $ 焊接时 " 薄薄的 67 层 很快扩散到焊料中 " 露出已过度氧 化 & 低可 焊 性 的 *+ 层 表 面 " 势 必 使 得 *+ 与焊料之间难以形成均匀 & 连
;6<=>?8@/>.#9.>?A;8#/.?B& 不良焊
点的外观照片见图 - & 焊点出现反 润湿 # 一方面可能是焊料的润湿性 不良 # 这个利用可焊性测试仪进行 焊料的可焊性评价很快就可以排 除 # 那么另外一方面就是 *#: 焊盘 的问题了 & 对不良焊点进行扫描电 镜 !;C"" 分 析 # 发 现 焊 点 周 围 有 较 多的不导电物质 # 进一步用 D 射线 能 谱 仪 !CE; " 分 析 # 发 现 不 导 电 物 质是助焊剂 & 采用异丙醇将助焊剂 洗 掉 之 后 再 对 失 效 焊 点 进 行 ;C" 分析 & 因为焊接后 #焊盘表面 89 层 已经扩散走 # 只剩下 () 层 & 发现露 出的 () 层已经出现腐蚀 # 具有明显 的黑焊盘特征 # 见图 F& 为了确认 () 层腐蚀的程度 # 对 反润湿的焊盘位置进行切片 # 发现 侧 向 腐 蚀 最 深 已 经 超 出 了 () 层 厚 度 的 一 半 # 大 约 有 F>G !H # 且 焊 盘 的边缘位置腐蚀程度更深 # 见图 / & 这种腐蚀必定给焊接时 () 和 ;6 的 合金化带来不良影响 & 对同一块失 效 *#: 上未焊接的焊盘的 () 层进 行扫描电镜分析 # 同样发现 () 层也 已经有明显腐蚀 # 但是腐蚀程度没 有失效位置深 # 见图 & & 这和部分焊 点失效的现象吻合 & 焊点出现反润湿的主要原因是 焊盘的镍层已经氧化腐蚀 # 直接影 响了焊料和镍之间的合金化 & 这显 然是一个典型的黑镍或黑焊盘问题 导致的典型失效案例 &
?@
-..(&)+’/ 0’"1" !*20 # 作 为 345
和 506 封装基板焊盘的表面镀层 " 目的是防止 47 基板的氧化并得到 可焊接的表面 $ 8*-0 除了可以提供 良好的焊接性能和接触界 面 之 外 " 其成本相对与电镀镍金来说也非常 有优势 " 但是随之产生的众所周知
9:;
@67!4* %@!CD+ !@67CD+@CCE4*!
当 *+ 层 表 面 完 全 被 67 原 子 覆 盖 时 " 即 镀 液 和 *+ 原 子 不 接 触 时 " 反应即自动停止 " 工艺易于控 制 $ 获 得 的 67 层 的 厚 度 通 常 在
ABCD $%&’U123UIJK L
的 黑 焊 盘 !5"<$, 3<1 % 现 象 却 是 一 个令众多制造商和用户头疼的问 题 $ 本文就化学镍金的原理 &黑焊盘 的形成机理及影响因素再次进行探 讨 " 并通过对 345 黑焊盘失效实例 的分析 " 简要介绍其分析方法和因 应对策 $
"" 内部形状 ! 锥形 % 相对于细窄
管 %可优化粘性材料的流动性 &
()*+,-.#/>
123
()*+,-.#/0
!!123456789:; <= "#$%&$4’()*+,-./0.12-)3
EF !"#$%&’()* +,-./0123(456 *789:;-<=>?@A BCDEF0GH123I JKL(MNOPQRST
化 学 镍 金 !!"#$%&’"()) *+$,(" 金 $ 化学镀金是一种置换反应 " 在镀 液 中 "67 离 子 从 基 板 上 的 *+ 原 子 中得到电子 " 结果是 *+ 原子变成离 子溶解到镀液中 "67 离子变成原子 沉积到基板上 $
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