一、化镍浸金板焊盘缩锡 二、化镍浸金板元件脱落 三、Ni-Sn-P层对焊点的影响 一、化镍浸金板焊盘缩锡
1.1 问题描述
1.2 实验方案设计
1.3 润湿性测试
1.4 焊锡对比验証
1.5 失效焊点表面SEM+EDS分析
1.6 失效焊点截面SEM+EDS分析
1.7 失效机理分析
测试结果显示XXX焊锡润湿性良好
测试未发现沾锡不良的PAD
对De-wetting的PAD的表面SEM+EDS分析发现PAD表面大部分被松香覆盖,松香上有许多裂纹，这些裂纹焊点冷却时松香急速收缩产生的，是残留松香的正常表面形态。
| Spectra | C | O | P | Ni | Cu | Br | Ag | Sn |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 49.45 | 17.92 | / | / | 2.29 | 0.92 | 29.43 | |
2 | 15.82 | 14.23 | / | 8.99 | / | 6.45 | 13.45 | 41.05 |
3 | 11.76 | 1.26 | 5.72 | 81.26 | / | / | / | / |
4 | 15.45 | 2.48 | / | / | 82.06 | / | / | / |
| Spectra | C | O | P | Ni | Sn | Au |
|---|---|---|---|---|---|---|
1 | / | / | 7.05 | 92.95 | / | / |
2 | / | / | 17.98 | 82.02 | / | / |
3 | 6.37 | 2.75 | / | 2.11 | 64.55 | 24.22 |
4 | 6.47 | 2.66 | / | / | 90.86 | / |
1.无IMC生成时的富磷现象证明焊盘受到了腐蚀，因为镍在腐蚀的地方被耗尽，使磷的比例富裕 。在富磷层的磷含量差不多是整体镍处的3倍，这说明镍镀层被严重耗尽。富磷层阻碍了Ni－Sn金属间化合物的形成，导致非常差的连接,甚至无法维持焊锡的均匀覆盖，产生缩锡
二、化镍浸金板元件脱落
2.1 问题描述
2.2 实验流程
2.3 断裂焊点PAD表面成分分析
2.4 断裂焊点元件侧断面成分分析
2.5 PCB切片
2.6 焊点切片截面成分分析
2.7 分析结论
焊点在PCB焊盘表面平整断裂
| Spectra | P | Ni | Sn |
|---|---|---|---|
1 | 28.19 | 65.62 | 6.19 |
2 | 22.71 | 77.29 | / |
| Spectra | P | Ni | Sn | Total |
|---|---|---|---|---|
1 | 15.99 | 70.56 | 13.45 | 100.00 |
2 | 13.42 | 86.58 | / | 100.00 |
2.4 断裂焊点元件侧断面成分分析
| Spectra | P | Ni | Cu | Sn |
|---|---|---|---|---|
1 | 4.60 | 32.52 | 5.58 | 57.31 |
2 | 32.82 | 7.64 | 59.54 | |
3 | 2.06 | 32.33 | 7.33 | 58.28 |
4 | 6.90 | 26.65 | 4.99 | 61.46 |
2.5 PCB切片
PCB PAD Ni表面有发现轻微的腐蚀裂纹(黑Ni)。
无电镀镍层中P含量在正常范围内(7~11wt%)。
| Spectra | P | Ni | Cu | Au | Total |
|---|---|---|---|---|---|
1 | / | 25.96 | 3.96 | 70.08 | 100.00 |
2 | 9.31 | 90.69 | / | / | 100.00 |
| Spectra | P | Ni | Cu | Sn |
|---|---|---|---|---|
1 | 30.26 | 65.17 | / | 4.57 |
2 | / | 25.98 | 9.21 | 64.81 |
3 | / | 20.44 | 30.71 | 48.84 |
4 | 18.05 | 81.95 | / | / |
| Spectra | P | Ni | Cu | Sn | Total |
|---|---|---|---|---|---|
1 | 17.66 | 72.10 | / | 10.23 | 100.00 |
2 | / | 15.56 | 5.97 | 78.47 | 100.00 |
3 | / | 13.41 | 21.81 | 64.78 | 100.00 |
4 | 10.41 | 89.59 | / | / | 100.00 |
焊点的IMC最厚处达4.7μm，远超过一个正常焊点所需的IMC厚度(Ni-Sn IMC厚度一般在1μm左右);过多的IMC的出现使得焊盘与焊锡界面处的镍被严重耗尽, 形成了厚度几乎达0.5μm的富P层(Ni3P);焊点在界面处生成了NI-Sn-P合金;焊点断裂发生在Ni-Sn-P层附近。
| Spectra | P | Ni | Cu | Ag | Sn | Au |
|---|---|---|---|---|---|---|
1 | / | 9.93 | 6.44 | / | 71.74 | 11.89 |
2 | 28.89 | 67.40 | / | / | 3.71 | / |
3 | / | 17.98 | 31.68 | / | 48.74 | 1.61 |
4 | / | 19.45 | 6.60 | 16.20 | 57.75 | / |
5 | 15.28 | 84.72 | / | / | / | / |
PCB有发生轻微的”黑Ni”现象，焊点在回流时有发生润湿。
失效元件的焊点形成了大结构的(Ni,Cu)3Sn4 IMC，过多这种易脆的IMC的生成会导致焊点焊接强度偏低，在受到应力时焊点容易在IMC与PAD上的富P层之间断开。
由于生成了很厚的(Ni,Cu)3Sn4 IMC﹐焊点的富P层也很厚，过厚的富P层对焊点的影响很大，富P层内由于Ni扩散而形成的裂缝也会削弱焊点的焊接强度。
焊点焊接界面附近残留有未溶入焊锡的AuSn4合金(可能是PCB PAD金层过厚或焊点锡量少不利Au的熔融导致的)﹐这种合金可能会引起”金脆”﹐对焊点强度影响较大。
焊点在富P层与(Ni,Cu)3Sn4 IMC间形成了对焊接强度危害极大的Ni-Sn-P合金,焊点的断裂主要发生在Ni-Sn-P 层附近。
改善对策：
减少回流时间至45~55秒﹐以抑制Ni-Sn-P层的形成,减少焊点IMC﹑富P层厚度。 改善PCB表面处理制程﹐杜绝”黑镍”现象的发生。 减薄PCB PAD 金层厚度或增加焊点锡量以防止”金脆”发生。
回流时间为1秒的焊点断面主要呈韧性断裂的形貌,仅有较少区域为脆性断裂(断裂在PAD表面)。 随着回流时间加长，焊点脆性增强,回流时间为10分钟的焊点主要在Ni-Sn-P层发生断裂。 在Sn/Ni-P系统中，Ni-Sn-P的形成对焊点危害极大
影响Ni-Sn-P层形成的因素：Ni层P含量
Ni-7wt.%P (3次reflow)
Ni-10wt.%P (3次reflow)
Ni-13wt.%P (3次reflow)
在Ni底P含量较低(Ni-7wt.%P)的焊点中，经过三次回流后几乎都不会生成Ni-Sn-P，(Ni,Cu)3Sn4 IMC仍紧密地与Ni底相联结。
在Ni底P含量为10wt.%的焊点中，经过三次回流在Ni底与(Ni,Cu)3Sn4 IMC间形成了不连续的Ni-Sn-P层。
在Ni底P含量为13wt.%的焊点中，经过三次回流形成了连续的Ni-Sn-P层，将Ni底与(Ni,Cu)3Sn4 IMC完全分隔开来 。
P含量越高越容易在Ni底与IMC之间生成Ni-Sn-P层。
温度对Ni-Sn-P层形成的影响:
Ni-10wt.%P 1次reflow
Ni-10wt.%P 3次reflow
Ni-10wt.%P 5次reflow
Ni-10wt.%P 10次reflow
一次reflow时即会形成(Cu,Ni)6Sn5, (Ni,Cu)3Sn4 IMCs 和较薄的富P层,但无Ni-Sn-P生成。
三次reflow时会在(Ni,Cu)3Sn4与富P层之间形成少量不连续的Ni-Sn-P层。
当回流次数增加到5~10次时，会在富P层表面形成更厚的连续的Ni-Sn-P层回流时间越长会生成越多的Ni-Sn-P合金。
完结——以下无正文
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