pcb沉金漏镀是什么原因，pcb表面处理沉金工艺
chanong
|失效分析实验室半导体工程师2021-12-19 08:36 随着无铅产品的进步，沉金处理已成为主流的无铅表面处理。沉金又称化学镀镍金、镍沉金、化学金。这是在印刷电路板(PCB) 的裸铜表面涂上可焊涂层的工艺。集焊接、接触连续性和接线于一体。广泛受到PCBA（印刷电路板组装）客户的青睐，具有散热能力，可满足日益复杂的PCB组装和焊接要求。然而，随着无铅焊接峰值温度的升高，焊接工艺窗口从50 C 降至15 C。焊料、PCB表面处理、元件表面处理的多样化导致了许多兼容性问题，尤其是浸金PCB焊盘不沾湿这一更为复杂的问题。如图1所示，不合格样品的焊盘普遍镀锡不足。这主要是因为焊盘的某些区域没有镀锡，表面的金层没有完全溶解在焊料中。在正常焊接过程中，镍金焊盘一旦在高温下焊接，表面金层就会迅速熔化到焊料中，形成AuSnX系列合金，该合金会迅速从焊盘�**洳⒔牒噶现小Ｑ杆俅ァ１疚闹氐憬樯芡暾暮概滩蝗笫治龇椒ǎ治龊徒饩龀两餚CB焊盘不润湿问题提供有力的分析方法和手段。 1、焊接热如果焊盘不湿，首先应调查焊接过程中的因素。焊接热量不足或焊膏润湿性差也会导致焊盘不湿润。因此，我们首先需要对NG（No Good）产品的不良和良好焊点进行扫描电子显微镜（SEM）切片分析，以分析元件可焊端/引线的焊料润湿情况。焊膏及其界面处IMC（金属间化合物）层的厚度决定了焊接过程是否成功。 1.1 不良品上的缺陷焊点分析将不良品上的缺陷焊点切片，用SEM观察横截面，如果横截面如图2所示，则表明焊料已结块。与电阻可焊端接触，界面湿润但润湿性良好，界面金属间化合物厚度约为1.3m。焊料不会润湿焊盘，在非润湿区域可以看到有明显的金层覆盖在PCB焊盘的镀锡区域，并且焊料润湿了PCB焊盘。这表明焊接热或焊膏润湿性不存在问题。相反，如果器件侧没有形成良好的IMC层，则可能是由于焊接热量不足或焊膏润湿不良造成的。 1.2 NG 产品上镀锡良好的焊点分析当我们将同一NG 产品上镀锡良好的焊点切片并使用SEM 观察横截面时，我们发现焊点结合良好，如下所示如图3所示。可以看到。将元件润湿良好，界面处的IMC层厚度约为1.2m，PCB焊盘侧也被润湿。这表明焊接热或焊膏润湿性不存在问题。 2、镀金镍厚度：一般镀金镍焊盘表面要求金厚度为0.0500.152m，镍厚度为38m。如表1所示，多项研究结果表明金厚度对焊料延展性有显着影响。即金层越薄，焊料的延展性越差，金层越厚，焊料的延展性越好。金和镍的厚度影响焊接效果的机理是金和银在强热下都能快速形成IMC（AuSn4和Ag3Sn），并且IMC能快速分散和溶解在液体中，因此具有良好的焊接性能。焊接性能。焊接。与铜（0.104m/s）和镍（0.104m/s）这两种贱金属相比，高锡含量的SAC305焊料中金的溶解速度可以达到2.995m/s，银的溶解速度也高达1.107m/s。 /s).m/s)。 0.001 微米/秒）。因此，如果沉金镀层不镀锡，应在消除焊接工艺因素后尽快使用金厚测试仪测试金镍厚度。
3、镍层中的磷含量从SEM扫描显微照片看，低P含量的镍层晶格边界明显，但高P含量的镍层表面晶格模糊，呈非晶态，显示出结构。高P含量的Ni-P镀层优异的耐腐蚀性是由于其非晶结构，非晶结构没有晶界、位错、孪晶等缺陷，耐腐蚀性相对较低且良好。但P含量高的镍层减少了焊缝金属的有效量，而且焊接时P不再参与焊缝合金层组织，所以如果P含量超过一定水平，镍层表面就会恶化.镍层的耐腐蚀性明显提高，但同时润湿性能和可靠性降低。如果确定金镍膜厚度没有异常，则需要进一步利用EDX分析镍层的磷含量，镍层的磷含量一般为7%~11%。是。 4、镍腐蚀：当镍腐蚀严重时，焊盘往往不湿润，意味着Ni层被深度腐蚀，造成焊点失效的ENIG（化学镀镍/沉金）失效模式。业内普遍接受的确定镍腐蚀的标准是： 1) 采用3000倍放大倍数的SEM观察，距焊盘表面50m范围内超过镍层厚度40%的镍腐蚀深度不超过4个。 2) 如图4 所示，IMC 涂层不能耐受持续的Ni 腐蚀。如果沉金垫未湿润，则使用SEM观察镍层的纵向切片以检查镍腐蚀情况。 5. 焊盘表面污染5.1 异常元素分析对镀锡不良的焊点进行EDX（能量色散X 射线光谱）成分分析，检查是否存在异常元素。在PCB制造过程中，文字和阻焊孔等工艺会导致焊盘上出现文字和阻焊剂，使焊盘不再湿润。如图5所示，印台表面存在一种称为Ti的异常元素，它是字符墨水的特征元素，可以确定存在字符沾污。为了解决字母拖到焊盘上的问题，可以使用沉金预印字母工艺。这样可以有效避免焊盘上字符污迹造成的焊接缺陷。目前业内许多PCB制造商都在使用沉金预印本。字符过程。 5.2 有机污染分析若进行EDX元素分析，未检出明显异常元素，则需观察氧含量是否正常。如图6所示，这块未镀锡的焊盘表面Au层的氧含量比较高，说明该焊盘存在一定的氧化或者有机污染。接下来，按照IPC-J-STD-003B中的方法，用20%体积的HCl清洗不润湿焊盘，如果清洗后可焊性明显改善，则说明已经发生了一些氧化，可以进一步确认或垫上有有机污染物。焊盘表面是否有异常元素，或者焊盘表面是否有氧化物或有机污染物？经过笔者深入实践，PCB封装前采用体积分数1%~3%稀硫酸清洗+超声波水清洗，可以有效避免焊接缺陷问题。异丙醇、柠檬酸和盐酸等清洁方法效果有限，不推荐使用。特别是禁止使用盐酸清洁金表面，因为它会导致严重的镍腐蚀问题。 6、金层氧化如果以上分析结果均正常，则浸金表面后，需要用SEM观察检查金表面是否经过喷砂等物理处理。一般情况下，如果金面出现正常酸洗处理无法处理的异常情况，如金面脏污、金面发红、金面氧化等，一些PCB厂家会采用喷砂等物理方法。 过程。金色表面。如图7所示，浸金后进行喷砂时，整个金表面的晶体结构被完全破坏，镍漏出，金原子之间的大量镍原子从这部分被氧化，这最终会导致焊盘故障。
7、结论1）如果沉金PCB焊盘无润湿性，主要应从以下六个方面进行失效分析：焊接热量不足，镍层磷含量异常；镍腐蚀，镍异常金层厚度； 焊盘表面污染； 金层氧化。 2) 浸金后采用物理方法返修金面，会使金晶格变形，使裸露镍位处的镍氧化，导致焊盘变得不润湿。 3）PCB封装前，PCB清洗+体积分数1%-3%稀硫酸超声波水清洗，可有效避免焊接缺陷问题。 4）采用沉金预印字可以有效避免因焊盘字污迹而造成的焊接缺陷，目前被业内多家PCB厂家采用。半导体工程师分享半导体经验、交流半导体成果、发布半导体信息。半导体行业趋势、半导体从业者职业规划、芯片工程师成长历程。