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1、黑焊盘之初步探讨Prepared By muxinyi2011-1-4黑焊盘失效特征11) 焊接前Ni 层表面存在腐蚀状裂缝, Ni层截面存在纵向腐蚀;2) 焊接后的Ni 层截面纵向腐蚀裂缝进一步加剧, IMC 层与Ni (P) 层之间可见明显富P 层(P 含量为焊接前的2 倍或以上) ;3)焊点开裂发生在IMC 层与Ni3P 之间, 断裂后的镍层表面平坦,基本无焊料残留, 且可见明显泥裂。1:周斌, 邱宝军 ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究 半导体技术 第35 卷第7期.1) 焊接前Ni 层表面存在腐蚀状裂缝, Ni层截面存在纵向腐蚀;Zeng, Keijun, Stierman等人
2、的研究2表明,黑焊盘失效的PCB焊盘在焊接之前Ni层表面存在spike 状裂缝，Ni层截面存在侧向腐蚀。2:ZENG K J , STIERMAN R ,ABBOTT D , et al. Root cause of black pad failure of solder joints with electroless nickel immersion gold plating C Proc of ITHERM06. San Diego , CA , 2006 :1 11121119.2)焊接后的Ni 层截面纵向腐蚀裂缝进一步加剧, IMC 层与Ni (P) 层之间可见明显富P 层(P 含量为
3、焊接前的2 倍或以上) ;研究3表明, Ni(P)层表面为一薄层富P层，P含量达到了Ni(P)镀层中的P含量的两倍。富P层的形成主要是由于回流焊过程中Ni(P)层表面结晶形成Ni3P化合物，同时Ni与焊料反应形成(Cu,Ni)6Sn5 金属间化合物，使P逐步在Ni(P)层表面聚集。3:陆裕东,何小琦等, P对Au/Ni/Cu焊盘与SnAgCu焊点焊接界面 可靠性的影响 稀有金属材料与工程 第38期 2009第3期3)焊点开裂发生在IMC 层与Ni3P 之间, 断裂后的镍层表面平坦, 基本无焊料残留, 且可见明显泥裂。121:周斌, 邱宝军 ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究 半导体技术
4、第35 卷第7期.2:ZENG K J , STIERMAN R ,ABBOTT D , et al. Root cause of black pad failure of solder joints with electroless nickel immersion gold plating C Proc of ITHERM06. San Diego , CA , 2006 :1 11121119.黑焊盘之失效机理在化镍浸金过程中产生的严重Ni 层氧化腐蚀阻碍了焊接时该焊接界面 IMC 层的正常生成, 同时因高温焊料对疏松的NiO的熔解而在Ni 层浅表面形成更厚和含量更高的富P 层。因此,
5、由Ni 层腐蚀而产生的不连续 IMC 层以及富P 层使焊接界面具有极低的机械强度, 从而在跌落测试甚至正常使用条件下在IMC 层与Ni3P界面间产生脆性开裂失效。1As mentioned previously, after the molten solder spreads onto the ENIG plated pad. the gold plating dissolves into the solder. The molten solder follows the gold that has penetrated deeply into the corroded area, makin
6、g the corroded area more porous. It can be assumed that, even if the corroded area is still solderable, the bonding will be very weak due to the porosity of the corroded Ni(P). A low shear stress would be enough to crack the joint. 21:周斌, 邱宝军 ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究 半导体技术 第35 卷第7期.2:ZENG K J , STIERMAN
7、 R ,ABBOTT D , et al. Root cause of black pad failure of solder joints with electroless nickel immersion gold plating C Proc of ITHERM06. San Diego , CA , 2006 :1 11121119.黑焊盘形成原因研究人员已形成共识, 认为黑焊盘的形成是在浸金工艺中活跃的浸金药水对Ni 层过度攻击的结果。正常而言, 浸金工艺属于自限制的置换反应, 当Ni层表面完全被Au层覆盖时, 置换反应将停止。然而, 如果Au水过度活跃, 将在Au 层下的Ni 晶界
8、面间首先形成Ni的氧化物和轻微泥裂, 为浸金药水提供驻留空间,从而在裂缝和Ni层表面之间形成原电池, 最终导致Ni晶界面的严重腐蚀和富P的形成。但是, 目前对于黑焊盘发生的随机性和偶然性仍难以给出科学解释。1,21:周斌, 邱宝军 ENIG焊点的失效机理及镀层重工方法研究 半导体技术 第35 卷第7期.2:ZENG K J , STIERMAN R ,ABBOTT D , et al. Root cause of black pad failure of solder joints with electroless nickel immersion gold plating C Proc of ITHERM06. San Diego , CA , 2006 :1 11121119.快速检测ENIG PCB焊盘有无黑焊盘失效的方法3方法1：先利用氰化物去除表面的沉金层，然后在放大镜或电子扫描显微镜（SEM ）下观察镍层受腐蚀的情况；方法2：将样品制作成观察切片中镍层颗粒沉积层的晶体是否存在“齿型”的纵向腐蚀的情况；3 快速的检测沉镍金镍层“黑焊盘”现象的方法 The End!