关于化学镀镍/金PCB焊点失效分析-易镀表面处理

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今天给大家分享一期关于化学镀镍/金应用于PCB焊点失效分析，我们不妨进来了解一下吧，通过这期内容分析，会给你带来惊喜哦！

随着电子设备线路设计日趋复杂，对焊料无铅化的要求日益严格，促使印制电路板(printedcircuitboard,PCB)表面化学镀镍/金工艺的研究和应用越来越受到重视并取得了新的发展。

化学镀镍/金(electrolessnickelimmersiongold,ENIG)表面处理工艺被称为“万能涂层”。但是，由于受到各种因素的影响，ENIG工艺也有难以克服的问题，镍腐蚀就是其中之一。镍腐蚀1]的生成主要是因为在浸金过程中，镍层表面遭受过度氧化反应。大体积的金原子不规则沉积，且其粗糙晶粒稀松多孔，造成镍层持续发生化学电池效应，镍层不断发生氧化，使焊点容易从镍表面分开，严重影响了PCB的可靠性。

安全背景

某企业生产的化学镀镍/金PCB,在焊接贴件客户端发现焊盘出现了润湿不良，PCB焊盘表面有明显的拒焊及缩锡等现象。

分析过程

针对上述出现的情况，采取的失效性分析手段包括外观检查、扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)观察、X射线能量色散谱(energydispersivespectrometer,EDS)分析、显微剖切分析等。其中外观检查发现，PCB焊盘表面出现了拒焊、缩锡等现象。通过荧光光谱仪测量化学镍金镀层厚度发现，金层厚度0.015~0.022μm,镍层厚度3.43~3.65μm,镀层厚度均偏薄。2.1 表面分析为了进一步观察PCB焊盘表面微观形貌及确认焊盘表面成分信息，对PCB焊盘表面进行SEM观察及EDS分析。(1)SEM观察。使用SEM观察表面形貌，发现焊盘表面有严重龟裂现象，而且裂痕主要沿着晶界扩散，结果如图1所示。

图1 PCB焊盘表面SEM图(2)EDS分析。进行EDS分析，由于Ni、Au含量均较高，认为可能是由于镀金层的晶界开裂使得其下的镍原子得以向上迁移。除此之外，还发现了O含量偏高，从而可能会造成镍层出现腐蚀现象，结果见表1。

表1 PCB焊盘表面EDS分析2.2垂直金相切片分析为了观察PCB焊盘镀层形貌及成分状况，首先在PCB焊盘位置做金相切片，然后对金相切片截面做SEM和EDS分析。(1)金相切片分析。选取同批次未进行任何焊接处理的PCB裸板做金相切片分析，通过显微镜观察纵向切片，结果表明，化镍金镀层表面不平整，有明显的镀层凹陷等缺陷现象，如图2所示。

图2 垂直方向金相切片照片(2)金相切片SEM观察。通过SEM观察发现，部分镍层出现了比较集中的镍层裂纹。通过对纵向切片进行SEM观察发现，镍镀层出现了连续镍腐蚀现象，腐蚀深度300~400nm,如图3所示。

图3 切片SEM图(20000倍放大)(3)切片EDS成分分析。有研究表明，低P含量的镍层晶格界限明显，而高P层的镍层表面晶格模糊，呈现非晶体结构。高P含量的Ni-P镀层，其优良耐蚀性能起因于它的非晶态结构，这种非晶态结构中不存在晶界、位错、孪晶或其他缺陷，耐蚀性能相对较好。但是高P含量的镍层，因为有效焊接金属的减少，在焊接过程中，P不参与到焊接合金层结构中，所以当P含量超过一定程度时，镍层表面将呈现非晶体结构，极大增加了镍层的耐腐蚀性，但同时其润湿性能及可靠性能将下降。对纵向切片进行SEM观察，如图4所示，并对正常镍层区域和镍腐蚀区域分别进行EDS成分分析，见表2。对出现连续镍腐蚀现象的镍层区域进行元素分析，镍层中的P含量在正常范围内(7%~11%),但是，同时发现镍腐蚀区域中Ni含量低于正常镍层中Ni含量，且镍腐蚀区域中○含量高于正常镍层中O含量。