ENIG化學(xué)鎳金板中IMC的異常生長(zhǎng)與開(kāi)裂-深圳市福英達(dá)
ENIG化學(xué)鎳金板中IMC的異常生長(zhǎng)與開(kāi)裂
ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold）是一種廣泛應(yīng)用于PCB表面處理的工藝，也被稱為沉金板或化學(xué)鎳金板。相比于電鍍金板，ENIG的金層更薄且密度較低。一般要求鎳層厚度為3-5μm，金層厚度為0.05-0.15μm（通?？刂圃?.07-0.1μm范圍內(nèi)）。當(dāng)需要在ENIG表面進(jìn)行焊接工藝時(shí)，需要增加鎳層厚度至4-7μm。ENIG處理后的焊盤表面平整，在密間距器件的印刷貼裝制程中具有良好的使用效果。金層具備良好的導(dǎo)電性和耐磨性，可直接作為接觸導(dǎo)通面使用。此外，金層還具有抗氧化 和抗腐蝕能力，能有效保護(hù)底層的鎳層不被氧化，從而保持良好的焊接能力。
圖1. ENIG鎳金焊盤
然而，使用ENIG化學(xué)鎳金板進(jìn)行焊接時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)焊盤上金屬間化合物（IMC）的異常生長(zhǎng)與開(kāi)裂問(wèn)題。本文將探討該問(wèn)題的成因以及可能的解決方法。
IMC生長(zhǎng)與熱脆性
錫銅間金屬化合物在高溫長(zhǎng)時(shí)間作用下會(huì)出現(xiàn)熱脆性現(xiàn)象。這是由于液態(tài)焊錫與銅形成的IMC呈鵝卵石狀（切片呈扇貝狀），晶界間存在縫隙，使得液態(tài)焊錫與焊盤銅箔持續(xù)不斷地生成Cu6Sn5，并使較小的晶粒并入較大的晶粒內(nèi)。當(dāng)晶粒生長(zhǎng)到一定尺寸時(shí)，底部基材已無(wú)法承受，晶粒會(huì)自行斷裂跌落進(jìn)入焊點(diǎn)內(nèi)，這種現(xiàn)象稱為跌落。因此，控制IMC層的厚度非常重要，過(guò)厚的IMC層會(huì)導(dǎo)致熱脆性和開(kāi)裂問(wèn)題的發(fā)生。
IMC分層與跌落
錫鎳間IMC分層與跌落問(wèn)題源于IMC的多次生長(zhǎng)。在第一次回流焊接過(guò)程中形成的錫鎳IMC層會(huì)在第二次回流焊接制程中被底部新生成的IMC層推浮上升。如果第一次IMC層過(guò)厚，第二次IMC層同樣很厚，那么后生成的IMC將排擠原有的IMC層，導(dǎo)致固有IMC層的分離并脫落進(jìn)入焊點(diǎn)內(nèi)。因此，在焊接過(guò)程中，無(wú)論是錫銅間金屬化合物還是錫鎳金屬化合物，都需要控制其厚度。IMC層的厚度應(yīng)盡量薄，但必須存在，否則將無(wú)法形成可靠的焊點(diǎn)。
影響IMC生長(zhǎng)的因素
（a）焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和溫度過(guò)高：過(guò)長(zhǎng)的焊接時(shí)間和過(guò)高的焊接溫度會(huì)加速IMC的生長(zhǎng)速度，導(dǎo)致IMC層厚度超過(guò)正常范圍。
（b）化學(xué)鎳層粗糙度過(guò)大：粗糙的化學(xué)鎳層會(huì)加速IMC的溶解，從而促進(jìn)IMC的生長(zhǎng)。
（c）存在鎳層上浮現(xiàn)象：如果鎳層上浮，游離的鎳將直接溶解進(jìn)入焊錫中，進(jìn)一步增加IMC的厚度。
通過(guò)嚴(yán)格控制焊接時(shí)間和溫度、控制化學(xué)鎳層粗糙度以及避免鎳層上浮現(xiàn)象，可以減少IMC的厚度，提高焊點(diǎn)的可靠性和機(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)一步的研究和優(yōu)化ENIG工藝參數(shù)對(duì)于解決IMC異常生長(zhǎng)與開(kāi)裂問(wèn)題具有重要意義，以滿足高可靠性電子制造的需求。
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