今天給大家分享一期關(guān)于化學(xué)鍍鎳/金應(yīng)用于PCB焊點失效分析，我們不妨進(jìn)來了解一下吧，通過這期內(nèi)容分析，會給你帶來驚喜哦！
隨著電子設(shè)備線路設(shè)計日趨復(fù)雜，對焊料無鉛化的要求日益嚴(yán)格，促使印制電路板(printedcircuitboard,PCB)表面化學(xué)鍍鎳/金工藝的研究和應(yīng)用越來越受到重視并取得了新的發(fā)展。
化學(xué)鍍鎳/金(electrolessnickelimmersiongold,ENIG)表面處理工藝被稱為“萬能涂層”。但是，由于受到各種因素的影響，ENIG工藝也有難以克服的問題，鎳腐蝕就是其中之一。鎳腐蝕1]的生成主要是因為在浸金過程中，鎳層表面遭受過度氧化反應(yīng)。大體積的金原子不規(guī)則沉積，且其粗糙晶粒稀松多孔，造成鎳層持續(xù)發(fā)生化學(xué)電池效應(yīng)，鎳層不斷發(fā)生氧化，使焊點容易從鎳表面分開，嚴(yán)重影響了PCB的可靠性。
安全背景
某企業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)鍍鎳/金PCB,在焊接貼件客戶端發(fā)現(xiàn)焊盤出現(xiàn)了潤濕不良，PCB焊盤表面有明顯的拒焊及縮錫等現(xiàn)象。
分析過程
針對上述出現(xiàn)的情況，采取的失效性分析手段包括外觀檢查、掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)觀察、X射線能量色散譜(energydispersivespectrometer,EDS)分析、顯微剖切分析等。其中外觀檢查發(fā)現(xiàn)，PCB焊盤表面出現(xiàn)了拒焊、縮錫等現(xiàn)象。通過熒光光譜儀測量化學(xué)鎳金鍍層厚度發(fā)現(xiàn)，金層厚度0.015~0.022μm,鎳層厚度3.43~3.65μm,鍍層厚度均偏薄。2.1 表面分析為了進(jìn)一步觀察PCB焊盤表面微觀形貌及確認(rèn)焊盤表面成分信息，對PCB焊盤表面進(jìn)行SEM觀察及EDS分析。(1)SEM觀察。使用SEM觀察表面形貌，發(fā)現(xiàn)焊盤表面有嚴(yán)重龜裂現(xiàn)象，而且裂痕主要沿著晶界擴(kuò)散，結(jié)果如圖1所示。
圖1 PCB焊盤表面SEM圖(2)EDS分析。進(jìn)行EDS分析，由于Ni、Au含量均較高，認(rèn)為可能是由于鍍金層的晶界開裂使得其下的鎳原子得以向上遷移。除此之外，還發(fā)現(xiàn)了O含量偏高，從而可能會造成鎳層出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，結(jié)果見表1。
表1 PCB焊盤表面EDS分析2.2垂直金相切片分析為了觀察PCB焊盤鍍層形貌及成分狀況，首先在PCB焊盤位置做金相切片，然后對金相切片截面做SEM和EDS分析。(1)金相切片分析。選取同批次未進(jìn)行任何焊接處理的PCB裸板做金相切片分析，通過顯微鏡觀察縱向切片，結(jié)果表明，化鎳金鍍層表面不平整，有明顯的鍍層凹陷等缺陷現(xiàn)象，如圖2所示。
圖2 垂直方向金相切片照片(2)金相切片SEM觀察。通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)，部分鎳層出現(xiàn)了比較集中的鎳層裂紋。通過對縱向切片進(jìn)行SEM觀察發(fā)現(xiàn)，鎳鍍層出現(xiàn)了連續(xù)鎳腐蝕現(xiàn)象，腐蝕深度300~400nm,如圖3所示。
圖3 切片SEM圖(20000倍放大)(3)切片EDS成分分析。有研究表明，低P含量的鎳層晶格界限明顯，而高P層的鎳層表面晶格模糊，呈現(xiàn)非晶體結(jié)構(gòu)。高P含量的Ni-P鍍層，其優(yōu)良耐蝕性能起因于它的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，這種非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中不存在晶界、位錯、孿晶或其他缺陷，耐蝕性能相對較好。但是高P含量的鎳層，因為有效焊接金屬的減少，在焊接過程中，P不參與到焊接合金層結(jié)構(gòu)中，所以當(dāng)P含量超過一定程度時，鎳層表面將呈現(xiàn)非晶體結(jié)構(gòu)，極大增加了鎳層的耐腐蝕性，但同時其潤濕性能及可靠性能將下降。對縱向切片進(jìn)行SEM觀察，如圖4所示，并對正常鎳層區(qū)域和鎳腐蝕區(qū)域分別進(jìn)行EDS成分分析，見表2。對出現(xiàn)連續(xù)鎳腐蝕現(xiàn)象的鎳層區(qū)域進(jìn)行元素分析，鎳層中的P含量在正常范圍內(nèi)(7%~11%),但是，同時發(fā)現(xiàn)鎳腐蝕區(qū)域中Ni含量低于正常鎳層中Ni含量，且鎳腐蝕區(qū)域中○含量高于正常鎳層中O含量。
圖4 切片SEM圖(10000倍放大)
表2 正常鎳層區(qū)域和鎳腐蝕區(qū)域EDS分析
結(jié) 語
經(jīng)上述失效性分析，結(jié)果顯示：通過SEM觀察焊盤表面鍍層發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重龜裂，鎳層裂紋暴露于空氣中后發(fā)生氧化反應(yīng)，出現(xiàn)連續(xù)鎳層腐蝕現(xiàn)象。這是最終導(dǎo)致焊盤表面上錫不良的主要誘因，建議企業(yè)改善化學(xué)鍍鎳/金工藝。
化學(xué)鍍鎳/金PCB焊點失效問題成為影響電子產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。本文將深入分析化學(xué)鍍鎳/金PCB焊點失效的原因，為行業(yè)提供更多的行業(yè)經(jīng)驗交流。
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