PCB鍍層與SMT焊接演示教學(xué)課件

線路板鍍層與SMT焊接1線路板鍍層與SMT焊接1目錄焊接分類PCB鍍層SMT焊接機理SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系2目錄焊接分類2焊接分類

熔焊焊接種類壓焊釬焊釬焊壓焊熔焊超聲壓焊金絲球焊激光焊3焊接分類熔焊釬焊壓焊熔焊超聲壓焊3電子裝配的核心——連接技術(shù)：焊接技術(shù)焊接技術(shù)的重要性——焊點是元器件與印制電路板電氣連接和機械連接的連接點。焊點的結(jié)構(gòu)和強度就決定了電子產(chǎn)品的性能和可靠性。焊接分類4電子裝配的核心——連接技術(shù)：焊接技術(shù)焊接分類4焊接學(xué)中，把焊接溫度低于450℃的焊接稱為軟釬焊，所用焊料為軟釬焊料。軟釬焊的特點：1釬料熔點低于焊件熔點。2加熱到釬料熔化，潤濕焊件。3焊接過程焊件不熔化。4焊接過程需要加焊劑。（清除氧化層）5焊接過程可逆。（解焊）焊接分類5焊接學(xué)中，把焊接溫度低于450℃的焊接稱為軟釬焊，所用焊料為電子焊接——是通過熔融的焊料合金與兩個被焊接金屬表面之間生成金屬間合金層（焊縫），從而實現(xiàn)兩個被焊接金屬之間電氣與機械連接的焊接技術(shù)。焊接分類電子焊接（SMT焊接）屬于軟釬焊6電子焊接——是通過熔融的焊料合金與兩個被焊接金屬表面之間生成PCB鍍層PCB表面處理：對需要焊接元件的裸露焊盤進行鍍層處理了。目的：增加可焊性，和保護作用。PCB表面處理方式：在裸露的底材銅面上進行表面處理PCB表面鍍層的處理方式分類1.噴錫2.OSP3.化學(xué)錫4.化學(xué)銀5.電鍍鎳金6.化學(xué)鍍鎳金我司pcb焊盤縱切面表面處理前的PCB，焊盤為底材銅表面處理后的PCB，焊盤為金7PCB鍍層PCB表面處理：對需要焊接元件的裸露焊盤進行鍍層處1.無鉛噴錫流程：微蝕-水洗-涂耐高溫助焊劑-噴錫-水洗。（有的廠在微蝕前先預(yù)熱板子）。過程：PCB噴錫時，浸在熔融的無鉛焊料中（約270℃），快速提起PCB，熱風(fēng)刀（溫度265-270℃）從板子的前后吹平液態(tài)焊料，使銅面上的彎月形焊料變平，并防止焊料橋搭。設(shè)備：水平式，垂直式無鉛熱平整平機。（水平式得到的鍍層均勻些，自動化生產(chǎn)）。物料：無鉛焊料，如SnCuNi，SnCuCo,SnCuGe或305焊料。耐高溫助焊劑。要求：焊盤表面2-5微米，孔內(nèi)應(yīng)小于25微米（也有放寬到38微米）。特點：涂覆層不夠平坦，主要適用于寬線，大焊盤板子，HDI板通常不采用。對覆銅板耐熱性要求高。噴錫制程比較臟，有異味，高溫下操作，危險。其使用受到一定的限制。PCB鍍層81.無鉛噴錫PCB鍍層82.OSP又稱為preflux（耐熱預(yù)焊劑），是早期松香型助焊劑的延續(xù)和發(fā)展。流程：除油-微蝕-酸洗-純水洗-OSP-清洗-吹干。五代產(chǎn)品：⑴咪唑（或苯并三氮唑）類；⑵烷基咪唑類；⑶苯并咪唑類； ⑷烷基苯并咪唑類。⑸烷基苯基咪唑類。第4代：目前使用最多的是烷基苯并咪唑，熱分解溫度250-270℃，適用于無鉛焊接溫度（250-270℃）下多次回流焊接溫度。第5代:烷基-苯基-咪唑類HT-OSP。分解溫度為354℃，具有好的熱穩(wěn)定性，在焊接界面上不容易形成微氣泡，微空洞，提高了焊接結(jié)合力。原理：在銅表面上形成一層有機膜，牢固地保護著新鮮銅表面，并在高溫下也能防氧化和污染。OSP厚度0.1-0.2微米，或0.2-0.5微米。特點：工藝簡單，成本低廉，既可用在低技術(shù)含量的PCB上，也可用在高密度芯片封裝基板上。是最有前途的表面涂覆工藝。（爭議點：裝配時分不清顏色，OSP同銅色澤相仿，劃傷板子，影響焊接，OSP儲存期約6個月）。目前，OSP可經(jīng)受熱應(yīng)力（288℃，10s）三次，不氧化，不變色。PCB鍍層92.OSPPCB鍍層93.化學(xué)錫流程：除油-微蝕-酸洗-純水洗-沉錫-清洗。特點：由于目前所有焊料都是以錫為主體的，所以錫層能與任何種類焊料相兼容。從這個角度看，沉錫在PCB表面涂覆幾個品種比較中有很好的發(fā)展前景。厚度：1.0±0.2微米。問題：⑴經(jīng)不起多次焊接，一次焊接后形成的界面化合物會變成不可 焊表面。 ⑵會產(chǎn)生錫須，影響可靠性。⑶沉錫液易攻擊阻焊膜，使膜溶解變色，對銅層產(chǎn)生倒蝕。⑷沉錫溫度高，≥60℃，1微米錫層需沉十分鐘。改良：在沉錫液中加入有機添加劑，使錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀，克服了錫

須，錫遷移問題，熱穩(wěn)定性亦好。使用：有的客戶指定，用沉錫鍍層，比無鉛噴錫層平坦。通信母板適用。沉錫后板子應(yīng)存放在良好的房間中，在存貯有效期內(nèi)使用。PCB鍍層103.化學(xué)錫PCB鍍層104.化學(xué)銀流程：除油（脫脂）-微蝕-酸洗-純水洗-沉銀-清洗。特點：⑴工藝簡單，快捷，成本不高。 ⑵沉Ag液含一些有機物，防銀層變色，銀遷移。 ⑶鍍層厚度0.1-0.5微米（通常0.1-0.2微米）焊接性能優(yōu)良。 ⑷銀層在組裝時具有好的可檢查性（銀白色）。問題：·浸Ag生產(chǎn)線上全線用水為純水。防銀層變黃發(fā)黑。 （自來水中有氯離子，Ag+ClAgCl，生成白色沉淀）

·銀與空氣中的硫易結(jié)合，形成硫化銀，黃色或黑色。 所有操作，貯存，包裝，均需戴無硫手套，無硫紙包裝，貯存環(huán)境要求高。不容許用普通紙相隔板子，不允許用橡皮圈包板子。

·防銀離子遷移，已沉銀板子不得存放在潮濕的環(huán)境中。在貯存期內(nèi) 使用。 參看CPCA標(biāo)準(zhǔn)“印刷板的包裝、運輸和保管”（CPCA1201-2009）。應(yīng)用：客戶指定。在高頻信號中，沉Ag板電性能良好。歐美不少用戶要求作

沉Ag板。PCB鍍層114.化學(xué)銀PCB鍍層115.電鍍鎳金流程：除油-微蝕-酸洗-純水洗-鍍鎳-純水洗-鍍金-回收金-水洗鍍層類型： ⑴鍍硬金。 用在：PCB插頭，按鍵上。 特點：·耐磨，接觸良好，有硬度（120-190㎏／㎜2﹚ ·鎳打底，Ni層厚度3-5微米；金厚度：0.1,0.25,0.5,0.8,1.0…微米。

·金鍍層含有鈷（Co，0.5％﹚，或Ni銻等金屬。 ⑵鍍軟金。純金,24K金。用途：焊接用。 特點：·鎳打底，≥2.5微米，防止金層向銅層擴散，鎳層在焊接時牢固同焊料結(jié)合。

·鍍Au層很薄，0.05-0.1微米。特點：·線路上要鍍上金，成本高，目前已很少使用。

·金面上印阻焊劑，阻焊易脫落。

·焊接時金層會變脆。（焊料中金含量≥3％時）PCB鍍層125.電鍍鎳金PCB鍍層126.化學(xué)鎳金英文全稱：ElectrolessNickelandImmersionGold。簡稱ENIG?；嚦两稹！ち鞒蹋撼停撝?微蝕-活化-化學(xué)鎳-化學(xué)金-清洗。·特點：⑴化學(xué)鍍Ni/Au鍍層厚度均勻，共面性好，可焊接性好，優(yōu)良的耐腐蝕性，耐磨性。

廣泛應(yīng)用于手電、電腦等領(lǐng)域。⑵鎳層厚度3-5微米，目的防銅-金界面之間互相擴散，保證焊點可靠焊牢。⑶化學(xué)Ni/Au已迅速取代電鍍Ni/Au。⑷化學(xué)鎳是工藝關(guān)鍵，又是最大難點。⑸化金層通常為0.05-0.15微米。反應(yīng)機理：⑴化鎳：·銅面在金屬鈀催化下，通過溶液中的還原劑和鎳離子開始鍍鎳反應(yīng)。

鎳本身是進一步化學(xué)鍍鎳的催化劑，在溶液中的還原劑次磷酸鈉的作用

下，化學(xué)沉鎳過程會不斷繼續(xù)下去，直至產(chǎn)品在槽液中取出。

·磷在沉積過程中同鎳共鍍到鍍層中，化學(xué)沉鎳，實際是化學(xué)沉鎳磷合

金。⑵沉金：氧化還原反應(yīng)。通過鎳金置換反應(yīng)在鎳面上沉積上金。PCB鍍層136.化學(xué)鎳金PCB鍍層13化學(xué)鍍鎳層實際上是鎳-磷（Ni-P）合金層。鍍液中的次磷酸根離子（P為P2+）在鍍液中主要作為還原劑，但是P2+也可以發(fā)生歧化反應(yīng)，自我還原成單質(zhì)P，并和Ni原子一起沉積，同時有氫氣（H2）放出[2]。從Ni-P二元相圖來看，P在Ni中的溶解度非常小，其共晶點位置（勢能最低）存在Ni和Ni3P兩個穩(wěn)定固相，其中Ni3P相更加穩(wěn)定?；瘜W(xué)鍍金是一種置換反應(yīng)，在鍍液中，Au離子從基板上的Ni原子中得到電子，結(jié)果是Ni原子變成離子溶解到鍍液中，Au離子變成原子沉積到基板上。2Au（CN）2—

+

Ni

→2Au+Ni2+

+4CN—[3]當(dāng)Ni層表面完全被Au原子覆蓋時，即鍍液和Ni原子不接觸時，反應(yīng)即停止。Au層的厚度通常在0.05-0.1mm之間，其對鎳面具有良好的保護作用，而且具備很好的接觸性能。PCB鍍層14化學(xué)鍍鎳層實際上是鎳-磷（Ni-P）合金層。鍍液中的次磷酸根Cu基材Cu基材Cu基材Cu基材圖4、ENIG完成之后的線路板圖3、浸金反應(yīng)完成后（鎳金交換位置，鎳離子游離于槽液中，金覆蓋在原來鎳的位置，磷由于不參與置換則鎳游走之后磷的比例自然上升。）圖2、進入浸金槽時（未進行反應(yīng)）的鎳金狀況（鎳金即將與置換反應(yīng)的形式原子交換）圖1、浸金之前的良好鎳面結(jié)構(gòu)（鎳磷均勻的分布）PCB鍍層15Cu基材Cu基材Cu基材Cu基材圖4、ENIG完成之后的線路表面處理方式鍍層特性制造成本

厚度（微米）保存期應(yīng)用比例無鉛噴錫鍍層不平坦，主要適用于大焊盤、寬線距的板子，不適用于HDI板。制程較臟，味難聞，高溫。中高焊盤上2-5孔內(nèi)≤251年20%OSP鍍層均一，表面平坦。外觀檢查困難，不適合多次reflow，防劃傷。工藝簡單，價廉。焊接可靠性好。最低0.1-0.5半年20-25%化學(xué)鎳金鍍層均一，表面平坦?？珊感院茫佑|性好，耐腐蝕性好，可協(xié)助散熱。工藝控制不當(dāng)，會產(chǎn)生金脆，黑盤，元件焊不牢。高Ni3-5Au0.03-0.081年30-35%化學(xué)錫鍍層均一，表面平坦。錫須難管控，耐熱性差，易老化，變色?？珊感粤己?。低0.8-1.2半年5-10%化學(xué)銀鍍層均一，表面平坦?？珊感院?，可耐多次組裝作業(yè)。對環(huán)境貯存條件要求高，易變黃變色中0.1-0.5半年5-10%電鍍鍍鎳金鍍層不均一，接觸性好，耐磨性好，可焊。浪費金，金面上印阻焊附著力難保證。最高Ni3-5Au0.051年10%PCB鍍層16表面處理方式鍍層特性制造成本厚度保存期應(yīng)用比例無鉛鍍層不焊接機理焊接時

·焊接的實質(zhì)是在鎳的表面進行的。

·金層是為了保護新鮮的鎳表面不被氧化。金層不應(yīng)太厚。

·在焊接的溫度下，很薄的金層會迅速融入焊料中?！ず附訒r，在鎳表面首先形成Ni3Sn4的IMC結(jié)構(gòu)，是一層平整針狀的表面。這層化合物能夠降低焊料與Ni-P層之間的反應(yīng)，成為很好的阻擋層。

·但是，熔融的Sn易于通過NiSn的空隙進入到Ni3Sn4界面，并形成Ni3SnP的界面共晶化合物，引起Ni3Sn4破裂，造成可焊性問題。焊接時產(chǎn)生的IMC

IMC：IntermetallicCompound的縮寫。中文：介面金屬間化合物。 化Ni沉Au層作無鉛焊接時，金層在充足的熱量下，會迅速溶入焊錫的主體中，形成四處分散的AuSn4的介面金屬間化合物。金溶入的速度比鎳要快幾萬倍（溶速為117微英寸/秒）。而只有鎳和錫在較慢的速度下形成的共晶化合物Ni3Sn4而焊牢。所以說，沉Ni/Au層在焊接時形成焊接牢固的是Ni3Sn4這一層IMC（介面金屬間化合物）。

化Ni沉Au焊接中IMC的厚度一般在1-3微米。過厚，過薄的IMC層都會影響到焊接強度。17焊接機理焊接時17焊接機理Cu基材印刷完錫膏后之ENIG板18焊接機理Cu基材印刷完錫膏后之ENIG板18Cu基材焊接過程中金開始融化并擴散到焊料中，錫與鎳將形成IMC層。焊接機理19Cu基材焊接過程中金開始融化并擴散到焊料中，錫與Cu基材IMC層（厚度以1-3um為佳）焊接完成鎳與錫形成IMC層（金完全融解后擴散到IMC層中，磷由于部份鎳參與形成IMC再次富集在鎳層與IMC層之間。）焊接機理20Cu基材IMC層（厚度以1-3um為佳）焊接完成鎳與錫形成I焊接完成后形成的良好IMC層、完全無腐蝕和明顯富磷層的SEM照片（如此焊接鍍層肯定不會有任何的失效問題）良好之IMC層無腐蝕、富磷層之鎳層SnNiCu焊接機理IMC層沒有形成焊接失效21焊接完成后形成的良好IMC層、完全無腐蝕和明顯富磷層的SEM客戶（BBK）對我司焊點質(zhì)量分析示例焊接機理22客戶（BBK）對我司焊點質(zhì)量分析示例焊接機理22SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系化鎳金主要缺陷

·黑點，黑斑，黑盤。

·淺白（色澤不一）。

·可焊性差，焊點裂開。

·金脆。

·富磷層，導(dǎo)致焊點強度不足，元件會脫落。23SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系化鎳金主要缺陷23缺陷原因分析

·當(dāng)鎳層厚度小于2微米時，或不均勻的Ni層（表面處理不好），這時Ni表面顯得

淺白。

·當(dāng)鎳、金面受到了污染，腐蝕時，會產(chǎn)生黑點，黑盤。 化鎳后，水洗不良，水質(zhì)差，或在空氣中暴露太久。 沉金反應(yīng)過度，鎳層氧化。 沉金后水洗不良。 沉鎳金后儲存條件差。

·當(dāng)金層太厚，金在焊料中的重量比＞0.3％時；或焊接溫度不足時，會引起金的不完

全擴散。這時的焊接層IMC強度不足，脆性增大，這就是金脆。

·當(dāng)富磷層太厚，鍍層中含P太高（＞9％），會導(dǎo)致焊點強度不足，元件易脫落。太厚的IMC層在一定程度上降低焊點的機械結(jié)合強度。·鎳層的含磷量，對鍍層的可焊性和腐蝕性至關(guān)重要，P占6-9％合適。

IMC不能太厚，控制1-3微米為宜。

·難點，關(guān)鍵點是控制好鎳槽。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系24缺陷原因分析SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系24富磷層太厚原因⑴沉鎳液中磷含量偏高，化鎳過程控制不當(dāng)。鎳鍍液壽命短。通常4-5MTO后，重新開缸。

（MTO—金屬置換周期）⑵沉鎳后水洗，清潔不良，鎳面被污染、氧化。被氧化、污染了的鎳不會參與鎳金之間

的置換反應(yīng)，在被沉金層覆蓋后表現(xiàn)為富磷層。⑶沉金過程金層越厚，置換出的鎳越多，鎳面受到過度腐蝕，形成的富磷層越厚。

沉金不是越厚越好。焊接用金層控制在0.03-0.08微米（1-3微英寸為佳）。⑷IMC太厚。焊接過程中是鎳與錫形成焊接層IMC，磷不參與焊接。 所以在失去鎳的部分磷含量則相對富集，IMC層越厚參與焊接的鎳層越多，則富磷層越厚。IMC控制1-3微米為合適。

富磷層中P含量為15-18%，焊點開裂，焊接強度不足，元件脫落。往往發(fā)生在IMC與富磷層之間。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系25富磷層太厚原因SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系25金面污染導(dǎo)致拒焊不良拒焊不良實物

EDS測試顯示，金面C含量10%，為異?，F(xiàn)象和判定表面表面污染的根據(jù)。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系26金面污染導(dǎo)致拒焊不良拒焊不良實物 EDS測試顯示，金面C含量與拒焊不良相關(guān)的潤濕性潤濕角θ焊點的最佳潤濕角15~45°

當(dāng)θ=0°時，完全潤濕；當(dāng)θ=180°時，完全不潤濕；液體在固體表面漫流的物理現(xiàn)象潤濕是物質(zhì)固有的性質(zhì)潤濕是焊接的首要條件SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系27與拒焊不良相關(guān)的潤濕性潤濕角θ焊點的最佳潤濕角當(dāng)θ=黑焊盤導(dǎo)致掉件不良1.黑焊盤產(chǎn)生機理實際上，在鍍金時，由于Ni原子半徑比Au的小，因此在Au原子排列沉積在Ni層上時，其表面晶粒就會呈現(xiàn)粗糙、稀松、多孔的形貌形成眾多空隙，而鍍液就會透過這些空隙繼續(xù)和Au層下的Ni原子反應(yīng)，使Ni原子繼續(xù)發(fā)生氧化，而未溶走的Ni離子就被困在Au層下面，形成了氧化鎳（NixOy）。當(dāng)鎳層被過度氧化侵蝕時，就形成了所謂的黑焊盤。焊接時，薄薄的Au層很快擴散到焊料中，露出已過度氧化、低可焊性的Ni層表面，勢必使得Ni與焊料之間難以形成均勻、連續(xù)的金屬間化合物（IMC），影響焊點界面結(jié)合強度，并可能引發(fā)沿焊點/鍍層結(jié)合面開裂，嚴(yán)重的可導(dǎo)致表面潤濕不良或鎳面發(fā)黑，俗稱“黑鎳”。2.實際不良分析；對不良焊點進行掃描電鏡（SEM）分析，發(fā)現(xiàn)焊點周圍有較多的不導(dǎo)電物質(zhì)，進一步用X射線能譜儀（EDS）分析，發(fā)現(xiàn)不導(dǎo)電物質(zhì)是助焊劑。采用異丙醇將助焊劑洗掉之后再對失效焊點進行SEM分析。因為焊接后，焊盤表面Au層已經(jīng)擴散走，只剩下Ni層。發(fā)現(xiàn)露出的Ni層已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕，具有明顯的黑焊盤特征。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系28黑焊盤導(dǎo)致掉件不良SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系28不良焊盤鎳層的微觀形貌我司某機種產(chǎn)生黑焊盤不良SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系29不良焊盤鎳層的微觀形貌我司某機種產(chǎn)生黑焊盤不良SMT焊接異常為了確認(rèn)Ni層腐蝕的程度，對反潤濕的焊盤位置進行切片，發(fā)現(xiàn)側(cè)向腐蝕最深已經(jīng)超出了Ni層厚度的一半，大約有2.8μm，且焊盤的邊緣位置腐蝕程度更深，見圖3。這種腐蝕必定給焊接時Ni和Sn的合金化帶來不良影響。對同一塊失效PCB上未焊接的焊盤的Ni層進行掃描電鏡分析，同樣發(fā)現(xiàn)Ni層也已經(jīng)有明顯腐蝕，但是腐蝕程度沒有失效位置深，見圖4。這和部分焊點失效的現(xiàn)象吻合。不良焊盤的橫截面微觀形貌(a)靠近焊盤中間位置（b）焊盤邊緣位置

(a)(b)SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系30為了確認(rèn)Ni層腐蝕的程度，對反潤濕的焊盤位置進行切片，發(fā)現(xiàn)側(cè)焊點出現(xiàn)焊接不良的主要原因是焊盤的鎳層已經(jīng)氧化腐蝕，直接影響了焊料和鎳之間的合金化。黑焊盤不光影響到SMT的焊接，對目前的COB綁定工藝也存在潛在危害我司某機種在COB綁線后出現(xiàn)金球脫落不良的Ni面SEM圖片SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系正常Ni面的SEM圖片31焊點出現(xiàn)焊接不良的主要原因是焊盤的鎳層已經(jīng)氧化腐蝕，直接影響3.富P層的問題。富P層形成的原理：隨著IMC的不斷增長，需要和Sn結(jié)和的Ni越來越多，大量的P出現(xiàn)，但是P作為非金屬不能參加Sn/Ni的化合，單獨存在形成富P層。我司某機種出現(xiàn)電容脫落后，對焊盤表面做EDS測試，顯示P含量為17.43%，嚴(yán)重超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系323.富P層的問題。富P層形成的原理：隨著IMC的不斷增長，需富P層導(dǎo)致焊接不良實物SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系富P層導(dǎo)致焊點開裂失效33富P層導(dǎo)致焊接不良實物SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系富P層導(dǎo)SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系背景：某機種在組測出現(xiàn)元件脫落不良未完全脫落元件切片，看到焊點出現(xiàn)明顯裂紋CuSnNi為什么會出現(xiàn)兩層Ni？IMC合金層良好34SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系背景：某機種在組測出現(xiàn)元件脫落SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系Ni層做EDS分析測試各項參數(shù)正常，P含量偏高35SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系Ni層做EDS分析測試各項參數(shù)SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系CuNi元件脫落后的元件表面做EDSSnCu上的Ni層，在Ni層表面的中間的P含量存在明顯的差異1.開裂出現(xiàn)在NI，觀察IMC形成形成情況良好，不良發(fā)生與SMT焊接無關(guān)。2.脫落后焊盤表面漏鎳層，內(nèi)部和脫落表面的P含量不一致，差別較大，說明這層NI表面已經(jīng)發(fā)生過焊接或化金，形成富P層。3.由于第一層NI層已經(jīng)形成了富P層，和二次鍍?nèi)脲冩噷又g的結(jié)合出現(xiàn)異常，導(dǎo)致SMT后元件從NI層中間出現(xiàn)脫落，4.總體Ni層厚的有6.3UM,請評估貴司一般的正常生產(chǎn)中，Ni層厚度是否達到這個厚度36SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系CuNi元件脫落后的元件表面做總結(jié)1.良好的PCB鍍層是完成SMT焊接的先決條件，是形成完美焊點的根本，是生產(chǎn)高可靠性電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)。2.隨著社會的發(fā)展SMT已經(jīng)由有鉛到無鉛，再到目前的無鹵。PCB也由簡單的鎳金工藝發(fā)展到鎳鈀金工藝，各項工藝變更后又會產(chǎn)生更多的焊接異常問題，比如：“頭枕”不良，COB綁線焊盤和SMT焊接焊盤一起生產(chǎn)時對金層厚的管控等一系列連鎖問題。3.PCB鍍層，在經(jīng)過清洗后是否會產(chǎn)生變化，SMT后為了去除助焊劑采取的超聲波清洗工藝，清洗完成的PCB焊盤鍍層是否會遭到不可估計的破壞？清洗后產(chǎn)品頻繁出現(xiàn)綁線不良，是否和鍍層有關(guān)？以上問題有待我們繼續(xù)研究。37總結(jié)1.良好的PCB鍍層是完成SMT焊接的先決條件，是形成完3838線路板鍍層與SMT焊接39線路板鍍層與SMT焊接1目錄焊接分類PCB鍍層SMT焊接機理SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系40目錄焊接分類2焊接分類

熔焊焊接種類壓焊釬焊釬焊壓焊熔焊超聲壓焊金絲球焊激光焊41焊接分類熔焊釬焊壓焊熔焊超聲壓焊3電子裝配的核心——連接技術(shù)：焊接技術(shù)焊接技術(shù)的重要性——焊點是元器件與印制電路板電氣連接和機械連接的連接點。焊點的結(jié)構(gòu)和強度就決定了電子產(chǎn)品的性能和可靠性。焊接分類42電子裝配的核心——連接技術(shù)：焊接技術(shù)焊接分類4焊接學(xué)中，把焊接溫度低于450℃的焊接稱為軟釬焊，所用焊料為軟釬焊料。軟釬焊的特點：1釬料熔點低于焊件熔點。2加熱到釬料熔化，潤濕焊件。3焊接過程焊件不熔化。4焊接過程需要加焊劑。（清除氧化層）5焊接過程可逆。（解焊）焊接分類43焊接學(xué)中，把焊接溫度低于450℃的焊接稱為軟釬焊，所用焊料為電子焊接——是通過熔融的焊料合金與兩個被焊接金屬表面之間生成金屬間合金層（焊縫），從而實現(xiàn)兩個被焊接金屬之間電氣與機械連接的焊接技術(shù)。焊接分類電子焊接（SMT焊接）屬于軟釬焊44電子焊接——是通過熔融的焊料合金與兩個被焊接金屬表面之間生成PCB鍍層PCB表面處理：對需要焊接元件的裸露焊盤進行鍍層處理了。目的：增加可焊性，和保護作用。PCB表面處理方式：在裸露的底材銅面上進行表面處理PCB表面鍍層的處理方式分類1.噴錫2.OSP3.化學(xué)錫4.化學(xué)銀5.電鍍鎳金6.化學(xué)鍍鎳金我司pcb焊盤縱切面表面處理前的PCB，焊盤為底材銅表面處理后的PCB，焊盤為金45PCB鍍層PCB表面處理：對需要焊接元件的裸露焊盤進行鍍層處1.無鉛噴錫流程：微蝕-水洗-涂耐高溫助焊劑-噴錫-水洗。（有的廠在微蝕前先預(yù)熱板子）。過程：PCB噴錫時，浸在熔融的無鉛焊料中（約270℃），快速提起PCB，熱風(fēng)刀（溫度265-270℃）從板子的前后吹平液態(tài)焊料，使銅面上的彎月形焊料變平，并防止焊料橋搭。設(shè)備：水平式，垂直式無鉛熱平整平機。（水平式得到的鍍層均勻些，自動化生產(chǎn)）。物料：無鉛焊料，如SnCuNi，SnCuCo,SnCuGe或305焊料。耐高溫助焊劑。要求：焊盤表面2-5微米，孔內(nèi)應(yīng)小于25微米（也有放寬到38微米）。特點：涂覆層不夠平坦，主要適用于寬線，大焊盤板子，HDI板通常不采用。對覆銅板耐熱性要求高。噴錫制程比較臟，有異味，高溫下操作，危險。其使用受到一定的限制。PCB鍍層461.無鉛噴錫PCB鍍層82.OSP又稱為preflux（耐熱預(yù)焊劑），是早期松香型助焊劑的延續(xù)和發(fā)展。流程：除油-微蝕-酸洗-純水洗-OSP-清洗-吹干。五代產(chǎn)品：⑴咪唑（或苯并三氮唑）類；⑵烷基咪唑類；⑶苯并咪唑類； ⑷烷基苯并咪唑類。⑸烷基苯基咪唑類。第4代：目前使用最多的是烷基苯并咪唑，熱分解溫度250-270℃，適用于無鉛焊接溫度（250-270℃）下多次回流焊接溫度。第5代:烷基-苯基-咪唑類HT-OSP。分解溫度為354℃，具有好的熱穩(wěn)定性，在焊接界面上不容易形成微氣泡，微空洞，提高了焊接結(jié)合力。原理：在銅表面上形成一層有機膜，牢固地保護著新鮮銅表面，并在高溫下也能防氧化和污染。OSP厚度0.1-0.2微米，或0.2-0.5微米。特點：工藝簡單，成本低廉，既可用在低技術(shù)含量的PCB上，也可用在高密度芯片封裝基板上。是最有前途的表面涂覆工藝。（爭議點：裝配時分不清顏色，OSP同銅色澤相仿，劃傷板子，影響焊接，OSP儲存期約6個月）。目前，OSP可經(jīng)受熱應(yīng)力（288℃，10s）三次，不氧化，不變色。PCB鍍層472.OSPPCB鍍層93.化學(xué)錫流程：除油-微蝕-酸洗-純水洗-沉錫-清洗。特點：由于目前所有焊料都是以錫為主體的，所以錫層能與任何種類焊料相兼容。從這個角度看，沉錫在PCB表面涂覆幾個品種比較中有很好的發(fā)展前景。厚度：1.0±0.2微米。問題：⑴經(jīng)不起多次焊接，一次焊接后形成的界面化合物會變成不可 焊表面。 ⑵會產(chǎn)生錫須，影響可靠性。⑶沉錫液易攻擊阻焊膜，使膜溶解變色，對銅層產(chǎn)生倒蝕。⑷沉錫溫度高，≥60℃，1微米錫層需沉十分鐘。改良：在沉錫液中加入有機添加劑，使錫層結(jié)構(gòu)呈顆粒狀，克服了錫

須，錫遷移問題，熱穩(wěn)定性亦好。使用：有的客戶指定，用沉錫鍍層，比無鉛噴錫層平坦。通信母板適用。沉錫后板子應(yīng)存放在良好的房間中，在存貯有效期內(nèi)使用。PCB鍍層483.化學(xué)錫PCB鍍層104.化學(xué)銀流程：除油（脫脂）-微蝕-酸洗-純水洗-沉銀-清洗。特點：⑴工藝簡單，快捷，成本不高。 ⑵沉Ag液含一些有機物，防銀層變色，銀遷移。 ⑶鍍層厚度0.1-0.5微米（通常0.1-0.2微米）焊接性能優(yōu)良。 ⑷銀層在組裝時具有好的可檢查性（銀白色）。問題：·浸Ag生產(chǎn)線上全線用水為純水。防銀層變黃發(fā)黑。 （自來水中有氯離子，Ag+ClAgCl，生成白色沉淀）

·銀與空氣中的硫易結(jié)合，形成硫化銀，黃色或黑色。 所有操作，貯存，包裝，均需戴無硫手套，無硫紙包裝，貯存環(huán)境要求高。不容許用普通紙相隔板子，不允許用橡皮圈包板子。

·防銀離子遷移，已沉銀板子不得存放在潮濕的環(huán)境中。在貯存期內(nèi) 使用。 參看CPCA標(biāo)準(zhǔn)“印刷板的包裝、運輸和保管”（CPCA1201-2009）。應(yīng)用：客戶指定。在高頻信號中，沉Ag板電性能良好。歐美不少用戶要求作

沉Ag板。PCB鍍層494.化學(xué)銀PCB鍍層115.電鍍鎳金流程：除油-微蝕-酸洗-純水洗-鍍鎳-純水洗-鍍金-回收金-水洗鍍層類型： ⑴鍍硬金。 用在：PCB插頭，按鍵上。 特點：·耐磨，接觸良好，有硬度（120-190㎏／㎜2﹚ ·鎳打底，Ni層厚度3-5微米；金厚度：0.1,0.25,0.5,0.8,1.0…微米。

·金鍍層含有鈷（Co，0.5％﹚，或Ni銻等金屬。 ⑵鍍軟金。純金,24K金。用途：焊接用。 特點：·鎳打底，≥2.5微米，防止金層向銅層擴散，鎳層在焊接時牢固同焊料結(jié)合。

·鍍Au層很薄，0.05-0.1微米。特點：·線路上要鍍上金，成本高，目前已很少使用。

·金面上印阻焊劑，阻焊易脫落。

·焊接時金層會變脆。（焊料中金含量≥3％時）PCB鍍層505.電鍍鎳金PCB鍍層126.化學(xué)鎳金英文全稱：ElectrolessNickelandImmersionGold。簡稱ENIG?；嚦两??！ち鞒蹋撼停撝?微蝕-活化-化學(xué)鎳-化學(xué)金-清洗?！ぬ攸c：⑴化學(xué)鍍Ni/Au鍍層厚度均勻，共面性好，可焊接性好，優(yōu)良的耐腐蝕性，耐磨性。

廣泛應(yīng)用于手電、電腦等領(lǐng)域。⑵鎳層厚度3-5微米，目的防銅-金界面之間互相擴散，保證焊點可靠焊牢。⑶化學(xué)Ni/Au已迅速取代電鍍Ni/Au。⑷化學(xué)鎳是工藝關(guān)鍵，又是最大難點。⑸化金層通常為0.05-0.15微米。反應(yīng)機理：⑴化鎳：·銅面在金屬鈀催化下，通過溶液中的還原劑和鎳離子開始鍍鎳反應(yīng)。

鎳本身是進一步化學(xué)鍍鎳的催化劑，在溶液中的還原劑次磷酸鈉的作用

下，化學(xué)沉鎳過程會不斷繼續(xù)下去，直至產(chǎn)品在槽液中取出。

·磷在沉積過程中同鎳共鍍到鍍層中，化學(xué)沉鎳，實際是化學(xué)沉鎳磷合

金。⑵沉金：氧化還原反應(yīng)。通過鎳金置換反應(yīng)在鎳面上沉積上金。PCB鍍層516.化學(xué)鎳金PCB鍍層13化學(xué)鍍鎳層實際上是鎳-磷（Ni-P）合金層。鍍液中的次磷酸根離子（P為P2+）在鍍液中主要作為還原劑，但是P2+也可以發(fā)生歧化反應(yīng)，自我還原成單質(zhì)P，并和Ni原子一起沉積，同時有氫氣（H2）放出[2]。從Ni-P二元相圖來看，P在Ni中的溶解度非常小，其共晶點位置（勢能最低）存在Ni和Ni3P兩個穩(wěn)定固相，其中Ni3P相更加穩(wěn)定?；瘜W(xué)鍍金是一種置換反應(yīng)，在鍍液中，Au離子從基板上的Ni原子中得到電子，結(jié)果是Ni原子變成離子溶解到鍍液中，Au離子變成原子沉積到基板上。2Au（CN）2—

+

Ni

→2Au+Ni2+

+4CN—[3]當(dāng)Ni層表面完全被Au原子覆蓋時，即鍍液和Ni原子不接觸時，反應(yīng)即停止。Au層的厚度通常在0.05-0.1mm之間，其對鎳面具有良好的保護作用，而且具備很好的接觸性能。PCB鍍層52化學(xué)鍍鎳層實際上是鎳-磷（Ni-P）合金層。鍍液中的次磷酸根Cu基材Cu基材Cu基材Cu基材圖4、ENIG完成之后的線路板圖3、浸金反應(yīng)完成后（鎳金交換位置，鎳離子游離于槽液中，金覆蓋在原來鎳的位置，磷由于不參與置換則鎳游走之后磷的比例自然上升。）圖2、進入浸金槽時（未進行反應(yīng)）的鎳金狀況（鎳金即將與置換反應(yīng)的形式原子交換）圖1、浸金之前的良好鎳面結(jié)構(gòu)（鎳磷均勻的分布）PCB鍍層53Cu基材Cu基材Cu基材Cu基材圖4、ENIG完成之后的線路表面處理方式鍍層特性制造成本

厚度（微米）保存期應(yīng)用比例無鉛噴錫鍍層不平坦，主要適用于大焊盤、寬線距的板子，不適用于HDI板。制程較臟，味難聞，高溫。中高焊盤上2-5孔內(nèi)≤251年20%OSP鍍層均一，表面平坦。外觀檢查困難，不適合多次reflow，防劃傷。工藝簡單，價廉。焊接可靠性好。最低0.1-0.5半年20-25%化學(xué)鎳金鍍層均一，表面平坦?？珊感院?，接觸性好，耐腐蝕性好，可協(xié)助散熱。工藝控制不當(dāng)，會產(chǎn)生金脆，黑盤，元件焊不牢。高Ni3-5Au0.03-0.081年30-35%化學(xué)錫鍍層均一，表面平坦。錫須難管控，耐熱性差，易老化，變色?？珊感粤己?。低0.8-1.2半年5-10%化學(xué)銀鍍層均一，表面平坦。可焊性好，可耐多次組裝作業(yè)。對環(huán)境貯存條件要求高，易變黃變色中0.1-0.5半年5-10%電鍍鍍鎳金鍍層不均一，接觸性好，耐磨性好，可焊。浪費金，金面上印阻焊附著力難保證。最高Ni3-5Au0.051年10%PCB鍍層54表面處理方式鍍層特性制造成本厚度保存期應(yīng)用比例無鉛鍍層不焊接機理焊接時

·焊接的實質(zhì)是在鎳的表面進行的。

·金層是為了保護新鮮的鎳表面不被氧化。金層不應(yīng)太厚。

·在焊接的溫度下，很薄的金層會迅速融入焊料中?！ず附訒r，在鎳表面首先形成Ni3Sn4的IMC結(jié)構(gòu)，是一層平整針狀的表面。這層化合物能夠降低焊料與Ni-P層之間的反應(yīng)，成為很好的阻擋層。

·但是，熔融的Sn易于通過NiSn的空隙進入到Ni3Sn4界面，并形成Ni3SnP的界面共晶化合物，引起Ni3Sn4破裂，造成可焊性問題。焊接時產(chǎn)生的IMC

IMC：IntermetallicCompound的縮寫。中文：介面金屬間化合物。 化Ni沉Au層作無鉛焊接時，金層在充足的熱量下，會迅速溶入焊錫的主體中，形成四處分散的AuSn4的介面金屬間化合物。金溶入的速度比鎳要快幾萬倍（溶速為117微英寸/秒）。而只有鎳和錫在較慢的速度下形成的共晶化合物Ni3Sn4而焊牢。所以說，沉Ni/Au層在焊接時形成焊接牢固的是Ni3Sn4這一層IMC（介面金屬間化合物）。

化Ni沉Au焊接中IMC的厚度一般在1-3微米。過厚，過薄的IMC層都會影響到焊接強度。55焊接機理焊接時17焊接機理Cu基材印刷完錫膏后之ENIG板56焊接機理Cu基材印刷完錫膏后之ENIG板18Cu基材焊接過程中金開始融化并擴散到焊料中，錫與鎳將形成IMC層。焊接機理57Cu基材焊接過程中金開始融化并擴散到焊料中，錫與Cu基材IMC層（厚度以1-3um為佳）焊接完成鎳與錫形成IMC層（金完全融解后擴散到IMC層中，磷由于部份鎳參與形成IMC再次富集在鎳層與IMC層之間。）焊接機理58Cu基材IMC層（厚度以1-3um為佳）焊接完成鎳與錫形成I焊接完成后形成的良好IMC層、完全無腐蝕和明顯富磷層的SEM照片（如此焊接鍍層肯定不會有任何的失效問題）良好之IMC層無腐蝕、富磷層之鎳層SnNiCu焊接機理IMC層沒有形成焊接失效59焊接完成后形成的良好IMC層、完全無腐蝕和明顯富磷層的SEM客戶（BBK）對我司焊點質(zhì)量分析示例焊接機理60客戶（BBK）對我司焊點質(zhì)量分析示例焊接機理22SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系化鎳金主要缺陷

·黑點，黑斑，黑盤。

·淺白（色澤不一）。

·可焊性差，焊點裂開。

·金脆。

·富磷層，導(dǎo)致焊點強度不足，元件會脫落。61SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系化鎳金主要缺陷23缺陷原因分析

·當(dāng)鎳層厚度小于2微米時，或不均勻的Ni層（表面處理不好），這時Ni表面顯得

淺白。

·當(dāng)鎳、金面受到了污染，腐蝕時，會產(chǎn)生黑點，黑盤。 化鎳后，水洗不良，水質(zhì)差，或在空氣中暴露太久。 沉金反應(yīng)過度，鎳層氧化。 沉金后水洗不良。 沉鎳金后儲存條件差。

·當(dāng)金層太厚，金在焊料中的重量比＞0.3％時；或焊接溫度不足時，會引起金的不完

全擴散。這時的焊接層IMC強度不足，脆性增大，這就是金脆。

·當(dāng)富磷層太厚，鍍層中含P太高（＞9％），會導(dǎo)致焊點強度不足，元件易脫落。太厚的IMC層在一定程度上降低焊點的機械結(jié)合強度?！ゆ噷拥暮琢?，對鍍層的可焊性和腐蝕性至關(guān)重要，P占6-9％合適。

IMC不能太厚，控制1-3微米為宜。

·難點，關(guān)鍵點是控制好鎳槽。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系62缺陷原因分析SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系24富磷層太厚原因⑴沉鎳液中磷含量偏高，化鎳過程控制不當(dāng)。鎳鍍液壽命短。通常4-5MTO后，重新開缸。

（MTO—金屬置換周期）⑵沉鎳后水洗，清潔不良，鎳面被污染、氧化。被氧化、污染了的鎳不會參與鎳金之間

的置換反應(yīng)，在被沉金層覆蓋后表現(xiàn)為富磷層。⑶沉金過程金層越厚，置換出的鎳越多，鎳面受到過度腐蝕，形成的富磷層越厚。

沉金不是越厚越好。焊接用金層控制在0.03-0.08微米（1-3微英寸為佳）。⑷IMC太厚。焊接過程中是鎳與錫形成焊接層IMC，磷不參與焊接。 所以在失去鎳的部分磷含量則相對富集，IMC層越厚參與焊接的鎳層越多，則富磷層越厚。IMC控制1-3微米為合適。

富磷層中P含量為15-18%，焊點開裂，焊接強度不足，元件脫落。往往發(fā)生在IMC與富磷層之間。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系63富磷層太厚原因SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系25金面污染導(dǎo)致拒焊不良拒焊不良實物

EDS測試顯示，金面C含量10%，為異?，F(xiàn)象和判定表面表面污染的根據(jù)。SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系64金面污染導(dǎo)致拒焊不良拒焊不良實物 EDS測試顯示，金面C含量與拒焊不良相關(guān)的潤濕性潤濕角θ焊點的最佳潤濕角15~45°

當(dāng)θ=0°時，完全潤濕；當(dāng)θ=180°時，完全不潤濕；液體在固體表面漫流的物理現(xiàn)象潤濕是物質(zhì)固有的性質(zhì)潤濕是焊接的首要條件SMT焊接異常和PCB鍍層關(guān)系65與拒焊不良相關(guān)的潤濕性潤濕角θ焊點的最佳潤濕角當(dāng)θ=黑焊盤導(dǎo)致掉件不良1.黑焊盤產(chǎn)生機理實際上，在鍍金時，由于Ni原子半徑比Au的小，因此在Au原子排列沉積在Ni層上時，其表面晶粒就會呈現(xiàn)粗糙、稀松、多孔的形貌形成眾多空隙，而鍍液就會透過這些空隙繼續(xù)和Au層下的Ni原子反應(yīng)，使Ni原子繼續(xù)發(fā)生氧化，而未溶走的Ni離子就被困在Au層下面，形成了氧化鎳（NixOy）。當(dāng)鎳層被過度氧化侵蝕時，就形成了所謂的黑焊盤。焊接時，薄薄的Au層很快擴散到焊料中，露出已過度氧化、低可焊性的Ni層表面，勢必使得Ni與焊料之間難以形成均勻、連續(xù)的金屬間化合物（IMC），影響焊點界面結(jié)合強度，并可能引發(fā)沿焊點/鍍層結(jié)合面開裂，嚴(yán)重的可導(dǎo)致表面潤濕不良或鎳面發(fā)黑，俗稱“黑鎳”。2.實際不良分析；對不良焊點進行掃描電鏡（SEM）分析，發(fā)現(xiàn)焊點周圍有較多的不導(dǎo)電物質(zhì)，進一步用X射線能譜儀（EDS）分析，發(fā)現(xiàn)不導(dǎo)電物質(zhì)