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应用方案

                         案例:黑镍现象


前言


黑镍的生成主要是因为在浸金过程中,镍层表面遭受过度氧化反应。大体积的金原子不规则沉积,及其粗糙晶粒之稀松多孔,造成底下镍层持续发生『化学电池效应』(Galvanic effect),进而使得镍层不断发生氧化,导致在金面下生成未能溶解的镍锈持续累积而成。


黑镍对焊接的影响 


1.案例背景 

▷  客户产品过SMT后发现某电容焊点强度过低(推力<0.3kgf, 焊点断裂,不良率约为30%, 客户要求分析失效原因。

▷  PCB为化镍浸金板,电容表面处理为镀镍镀锡。

▷  断裂通常发生在右端焊点。


2.分析方法简述

2.1 原因分析-断口分析(推力:0.25kgf)


 ▷   对脱落样品的断口进行分析,发现断裂主要发生在焊点PCB侧富P层附近。

 ▷  PCB端左右两侧断口形貌存在明显差异,右侧断口发现有明显的“泥状”腐蚀裂纹。

2.2 原因分析—电容原物料分析

       2.2.1 表面成分分析


  2.2.2 沾锡能力测试

   2.2.3 切片+EDS分析


小结:1.对电容左右两端进行表面成分分析,未发现异常元素;

            2.电容左右两端的沾锡能力正常。


2.3 原因分析—PCB原物料分析

     切片分析+膜厚量测

        


                 

● PCB原物料发现有较严重的“黑镍”现象,其中右侧Pad明显比左侧严重

● 镍层厚度在正常范围之内




小结:PCB镍层P含量约为9wt%,在正常范围之内(6-10wt%)


2.4 原因分析—未脱落样品焊点分析



▷  NG样品焊点内生成的IMC普遍较厚,部分区域達4.2μm 。同时生成了厚度近0.4μm的富P层,以及连续的Ni-Sn-P层。过厚的IMC及连续的Ni-Sn-P对焊点强度不利。



 ▷  右侧Pad焊点内有严重的黑镍,导致局部区域焊接润湿不良。在黑镍上方同时发现有大量的Au富集(AuSn4)AuSn4易产生金脆,对焊点强度不利。


▷  在部分区域黑镍造成了较严重的腐蚀裂纹,部分腐蚀裂纹达到了Ni层的一半。NG样品的断口上,可以轻易发现这些腐蚀裂纹。

3.结论

  1.焊点断裂主要发生在PCB侧的富P层附近。不良批次的PCB有严重的“黑镍”现象,其中失效位置的右侧Pad明显严重于左侧,导致右侧焊点更容易失效。
  2.黑镍导致焊点部分区域出现不润湿,并在部分区域产生了较严重的腐蚀裂纹,影响焊点强度。
  3.两侧Pad焊点均生成了较厚的IMC,厚度近0.4μm的富P层以及连续的Ni-Sn-P层。Ni-Sn-P相与IMC结合力差,可能对焊接强度有影响。

4.改善建议

  1.严格控制原物料PCB质量,减轻黑镍现象;

  2.适当降低焊接热量。