【干货】深度解析化金板在SMT制程中金面发黑，，一步步助你成为SMT工艺大咖！

                                                                                                   





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一、前言
　　　　化学镍金（Electroless Nickel and Immersion Gold，简写为ENIG）又称化镍金、沉镍金或者无电镍金，化学镍金是通过化学反应在铜的表面置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍磷合金层，然后再通过置换反应在镍的表面镀上一层金。
　　化学沉镍金以其在多次回流焊、波峰焊中表现出来的优良的平整性、可焊性得到了广泛的运用及发展。然而，随着化学沉镍金这种特定的表面处理技术的采用，“黑焊盘”的现象也开始逐渐为大家所认识，黑焊盘这种缺陷体现为贴装后焊点处下伸灰色或黑色的镍层表面。通过过去众多的实际生产中对于“黑焊盘”现象的研究，业界对此缺陷的产生原理已经有了一个比较清晰的认识。　　业界已普遍接受化学沉镍层中的磷含量对于镍层的抗腐蚀性能和可焊性有重大影响，当镍层中磷的含量较高时，镍层的抗腐蚀能力增强，但在贴装过程中引起的焊接结合部分合金层的磷产生富集，会导致该部分焊料与镍层所形成的内金属层变脆；当镍层中磷含量较低时，其抗蚀能力降低，在之后的浸金过程中，在金缸酸性的溶液的攻击下，表面大量的镍金属溶于浸金溶液，导致镍层表面磷含量相对才增高，在正常的沉积的镍磷含量合金层与薄金层之间形成一层薄薄的高磷含量合金层，在焊接过程中，表面薄金层迅速溶解于焊料当中，露出低可焊性的高磷镍表面，最终呈现表面不上锡或镍面发黑，这就是所谓的“黑焊盘”现象。本文将就此问题产生的原因进行分析，并给出改善措施，最终解决这类金面异色问题。


二、问题描述 2019年9月9日收到客诉，其19年6月30日生产的化金料号019625板在客户端片上件时，出现在回流焊后PAD边缘有发黑问题，该批板共250PCS，目前已上件有200PCS,不良率约50%，该板一直有生产，但前期客户未收到此客诉，不良外观图片如下：

三、问题板样本分析      沉金反应原理
　　当PCB板面镀好镍层放入金槽后，其镍面即受到槽液的攻击而溶出镍离子，所抛出的两个电子被金氰离子获得而在镍面上沉积出金层，反应机理如下：
　　阳极反应：Ni→Ni2++2e-    E0=0.25V
　　阴极反应：Au(CN)2-+e-→Au+2CN-    E0=0.6V
　　总反应式  Ni + Au(CN)2- → Ni2+ + Au + 2CN-

3.1 金镍厚测量

注:从X-RAY金/镍厚度测试的结果可见:金/镍厚度正常
3.2镍面SEM＆EDS分析


3.3发黑处SEM/EDS分析

注:发黑表面C,O含量较高3.4发黑处清洗后SEM/EDS

注:发黑表面用异丙醇清洗后C,O含量有降低3.5上锡正常处切片SEM

注:从SEM上可见：局部上锡部位镍层结构正常,铜面无凹凸不平，镍層无腐蚀刺人现象,并且上锡处Cu/Ni/Sn层之间IMC结构良好;
3.6.未上锡处剥金后磷含量分析

注:从EDS分析可见：不上锡部位剥金后镍面P%=9.31%,正常范围内（8-11%），且镍面位见腐蚀。
3.7.未上锡处剥金后镍面SEM

注:从SEM上可见：不上锡部位剥金后镍面晶格正常,无腐蚀现象;
3.8关于IMC层的形成及富磷层的产生过程

四、分析结论4.1此样品分析结论:从样品分析结果得出对此样品的以下结论;1.上锡不良样板金/镍厚度均在客户要求标准内;2.样品未上锡处剥金后镍面SEM观察无腐蚀现象、EDS分析P含量正常（在8-11%范围内）；3.样板未上锡及上锡不良处分析：缩锡发黑处,缩锡发黑面与上锡处交接点的EDS发现C、O元素含量极高．通过用异丙醇清洗后EDS分析发黑面C、O元素含量有明显下降，C,O在焊接过程中阻碍焊料与镍层形成IMC合金，从而产生发黑。
4.2相关建议由于该不良板分析金/镍厚正常，未上件处镍层晶格及P%含量均正常，仅表现在焊盘边缘出现局部外观缩锡发黑。为降低镍层的腐蚀风险，特建议崇达生产线需加强如下管控：     1.加强铜面磨刷清洁，以确保铜面清洁，平坦；     2.将金槽Au+浓度控制在0.8g/L以上（目前为0.4-0.6g/L），以提高金与镍的置换效率，降低金槽药水对镍槽的腐蚀攻击；     3.化金线的各水洗及后各清洗线水洗必须每班更换一次，每周保养一次，以减少对金面的污染等。



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1.EDS屬於半定量分析
2.以EDS結果去對比化學槽液比例不合邏輯