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(pán)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(guò)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(jiàn)問(wèn)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(wèn)題，但實(shí)際裝聯(lián)時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)金層不溶，縮錫問(wèn)題。金層不溶、縮錫主要產(chǎn)生的原因來(lái)自?xún)蓚€(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(wèn)題。 
    為了進(jìn)一步闡述結(jié)合實(shí)際案例，通過(guò)光學(xué)顯微鏡、X射線(xiàn)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(lèi)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(jiàn)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(xiàn)測(cè)厚儀對(duì)金層不溶焊盤(pán)鍍層厚度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，從表數(shù)據(jù)來(lái)看，Au與Ni厚度均滿(mǎn)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(pán)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(mǎn)，滿(mǎn)足IPC-J-STD-003之判定標(biāo)準(zhǔn)。 
⑥小結(jié)
縮錫焊盤(pán)主要是因?yàn)镋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(xiàn)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(wèn)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(wèn)題 
通過(guò)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(wèn)題，使用SEM+EDS分析后數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，焊盤(pán)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(mǎn)足規(guī)范，無(wú)Ni面腐蝕現(xiàn)象。后對(duì)縮錫部焊盤(pán)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(guò)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(jiàn)，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(kāi)問(wèn)題的鑰匙。
為了防止問(wèn)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^(guò)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。