这是一块化镍金(ENIG)PCB。金面看着正常,焊盘也能上锡。可到了后续装配或可靠性验证,焊接界面开裂,严重时焊点直接脱落。
如果只看表面的金,很容易把它当作焊接参数问题。可把金层去除、观察下面的化学镍层后,才发现局部已经出现异常腐蚀。
黑盘究竟腐蚀了镍层的哪里?只伤表面,还是把整层镍都腐蚀了?
先看位置:腐蚀通常不是整层均匀发生
与黑盘相关的镍腐蚀,常表现为局部异常,而非“整层镍均匀变黑、均匀腐蚀”。异常可集中在镍层表面的局部凹陷、结节边界或其他薄弱部位;严重时,局部腐蚀可能向镍层内部延伸。
所以,不能简单说“只腐蚀最上面”,也不能说“整个镍层都被腐蚀了”。实际侵入深度和分布范围,需要看样品截面,而不是凭金面颜色下结论。
公开研究对ENIG局部腐蚀的观察也提示,腐蚀可能从局部缺陷开始,随后沿深度或横向扩展;不同样品的腐蚀形貌和深度并不相同。
为什么金面正常、能上锡,后面仍可能开裂?
金面外观主要反映最外层的状态,不能代替对下面镍层及焊接界面的检查。初期焊料能够铺展,也不等于焊点长期可靠。
如果局部镍层已经异常腐蚀,焊接时形成的界面可能存在薄弱区;后续受热循环、机械应力或服役条件影响,问题才以开裂、脱落的方式暴露出来。不过,焊点开裂还有焊料、助焊剂、回流曲线、焊盘设计等其他可能原因,不能仅凭脱落现象直接认定为黑盘。
怎样确认腐蚀到了哪一层?
- 保留失效焊点和未焊接同批样品。不要先把所有金面处理掉,避免丢失故障发生前的界面证据。
- 观察断口位置。确认断裂是在焊料内部、焊料与镍层之间,还是在镍层内部及镀层与铜之间。
- 选择异常点做显微与截面分析。对比正常焊盘和失效焊盘,观察镍表面的局部腐蚀形貌,并测量向镍层内部发展的深度和范围。
- 回查化镍与浸金工序。结合镍层形貌、镀层厚度、槽液状态、污染带入和浸金条件定位异常形成阶段。
- 做受控焊接与可靠性对照。在相同焊料、助焊剂和热过程下比较不同批次,不能把工艺变量变化误判为镍层问题。
金面后处理能做什么,不能做什么?
对于镀层本身合格、希望降低后续水汽和腐蚀介质沿微观通道进入的产品,可以评估金面封孔保护,并以实际产品验证耐环境、可焊性和接触性能。竞生化学的GEN-AU102金面封孔保护剂属于这一类镀后保护方案。
但如果镍层已经发生明显局部腐蚀,保护剂不能把损失的镍层补回,也不能恢复已经受损的焊接界面。此时应先定位化镍金工序异常,并评估该批产品的使用与返工边界。关于这一点,也可参看《金面封孔保护不是补镀》。
结论
化镍金黑盘相关的镍腐蚀,重点不是“整层镍一齐坏了”,而是从局部位置发生,严重时再向内部发展。
遇到金面正常却焊点开裂、脱落,别只盯着表面金色,也别凭一次上锡结果判断可靠性。继续往下看:断口在哪里,金下面的镍层有没有局部腐蚀,腐蚀究竟进入了多深。
技术参考:IPC技术资料:ENIG镍层腐蚀与焊点可靠性;TU Delft:ENIG局部腐蚀研究。本文为失效排查思路,不代替具体批次的截面与断口判定。