化鎳浸金（enig）作為pcb表面處理之一被廣泛應(yīng)用，化鎳浸金是指在焊盤銅表面上化學(xué)鍍鎳，然后在鎳層表面置換上一層金層的表面處理工藝，其具有良好的平整性、焊接性、接觸電阻小、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，但是enig在實(shí)際裝聯(lián)過程中存在多種焊接不良現(xiàn)象，其中金層不溶、縮錫就是常見問題之一。
金層不溶、縮錫產(chǎn)生原因分析：
化鎳浸金工藝表面鍍金，具有優(yōu)異的可焊性及抗氧化性，一般情況下不會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)濕不良問題，但實(shí)際裝聯(lián)時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)金層不溶，縮錫問題。金層不溶、縮錫主要產(chǎn)生的原因來(lái)自兩個(gè)方向，一方面來(lái)自金層表面污染，另一方面來(lái)自金層本身問題。
為了進(jìn)一步闡述結(jié)合實(shí)際案例，通過光學(xué)顯微鏡、x射線測(cè)厚儀、sem+eds、金相切片及aes（俄歇電子能譜）等分析手段來(lái)進(jìn)行論證。
1、金層污染
某消費(fèi)類電子產(chǎn)品smt回流后出現(xiàn)一定比例的金層不溶、縮錫，失效表現(xiàn)為焊料全部吸附到器件可焊端，焊點(diǎn)的接觸角大于90度，用烙鐵手工執(zhí)錫無(wú)法上錫。
①外觀檢查
使用電子光學(xué)顯微鏡對(duì)失效部位進(jìn)行觀察，金層表面并未發(fā)現(xiàn)可見污染物，具體觀測(cè)結(jié)果如下：
②enig鍍層厚度檢測(cè)
使用x射線測(cè)厚儀對(duì)金層不溶焊盤鍍層厚度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)見下表，從表數(shù)據(jù)來(lái)看，au與ni厚度均滿足規(guī)定要求。
③enig鍍層結(jié)構(gòu)及成分分析
1）剝金前檢測(cè)
對(duì)縮錫焊盤表面進(jìn)行sem+eds檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不上錫的au層表面含有較高的c、o元素含量，會(huì)對(duì)焊接造成較大影響。
1）剝金后檢測(cè)
對(duì)縮錫部剝金后觀察，p含量符合規(guī)范要求，ni面結(jié)晶正常，未發(fā)現(xiàn)ni面腐蝕現(xiàn)象，后對(duì)其做切片確認(rèn)，也未發(fā)現(xiàn)ni層存在刺入腐蝕現(xiàn)象，形貌良好無(wú)異常。
1>ni層形貌及p含量
2>ni層切片形貌
④縮錫位清洗后分析
縮錫失效處c、o含量偏高，初步分析與有機(jī)物污染有關(guān)，對(duì)其用酒精進(jìn)行清洗，發(fā)現(xiàn)c、o含量明顯降低。
⑤實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
對(duì)金層不溶、縮錫板焊點(diǎn)用酒精清洗后做漂錫實(shí)驗(yàn)，漂錫后所有的之前縮錫焊點(diǎn)都上錫飽滿，滿足ipc-j-std-003之判定標(biāo)準(zhǔn)。
⑥小結(jié)
縮錫焊盤主要是因?yàn)閑nig鍍層au面受到有機(jī)污染，金面上存有機(jī)污染會(huì)造成金面表面自由能降低，這樣會(huì)使?jié)櫇裥韵陆?，終造成金層不溶、縮錫產(chǎn)生。由于eds只能確定污染元素，但不能定義具體的有機(jī)污染物，若要確認(rèn)，需使用ftir（紅外線光譜分儀）、tof-sims（飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜）等方法來(lái)確定。
為了避免金層有機(jī)污染物問題再發(fā)，建議如下：
1）特別監(jiān)控enig板從化金到器件上件的各個(gè)工序，確保金面不受外界異常元素污染。
2）注意enig板的存儲(chǔ)環(huán)境，避免在酸、氯、硫的環(huán)境下存放。
3）錫的潤(rùn)濕性與板面清潔有很大關(guān)系，可在上件前對(duì)板做必要的清潔會(huì)對(duì)焊接有所幫助。
2、金層本身問題
通過金層污染分析方法后未能發(fā)現(xiàn)有機(jī)污染或腐蝕特征時(shí)，需要將目光聚焦到金層本身是否存在異常，這是一種非典型的分析思路，借助以下案例來(lái)說(shuō)明。
①au/ni互溶
某電子產(chǎn)品出現(xiàn)金層不溶、縮錫問題，使用sem+eds分析后數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，焊盤縮錫區(qū)域的化學(xué)成分無(wú)明顯異常，未發(fā)現(xiàn)外來(lái)元素。剝離金層后ni面結(jié)晶正常，p含量滿足規(guī)范，無(wú)ni面腐蝕現(xiàn)象。后對(duì)縮錫部焊盤清洗后焊料仍無(wú)法潤(rùn)濕。
②互溶的原因
au/ni互溶其本質(zhì)就是ni擴(kuò)散到了au層，產(chǎn)生了au/ni互溶產(chǎn)物，表面物化性能發(fā)生變化，表面能、反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力均改變，難以溶于焊料，終的結(jié)果就是金層不溶，縮錫。
ni擴(kuò)散的主要來(lái)源：
1) 鍍金工藝控制不當(dāng)，金層中夾雜鎳離子。
2) 鎳層原子擴(kuò)散，由于金原子尺寸遠(yuǎn)大于鎳原子，提供了鎳擴(kuò)散的路徑，而具體的擴(kuò)散速度與擴(kuò)散時(shí)間、溫度相關(guān)。
3) 金層厚度過薄，未達(dá)到ipc規(guī)范要求，這樣會(huì)對(duì)ni擴(kuò)散提供了方便。
③小結(jié)
金層本身存在異常并非常見，但在我們做失效分析時(shí)需要考慮到，以免被固有的思維所約束，找不到打開問題的鑰匙。
為了防止問題出現(xiàn)，改善建議如下：
1) 鍍金工藝的控制，避免金層中夾雜鎳離子。
2) 嚴(yán)格管控好金層厚度要求，要符合ipc的規(guī)定，要把金厚的檢查做為重點(diǎn)檢查項(xiàng)目進(jìn)行確認(rèn)。
3) 避免不必要的烘烤動(dòng)作，因?yàn)檫^多，長(zhǎng)時(shí)間的烘烤固然可以降低pcb本身的含水率，降低爆板、分層的風(fēng)險(xiǎn)，但其弊端卻被忽視，加速鎳的擴(kuò)散、氧化，甚至?xí)霈F(xiàn)pcb變形的風(fēng)險(xiǎn)等，會(huì)對(duì)板級(jí)裝聯(lián)造成嚴(yán)重影響。