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背景

近年來，隨著電子設(shè)備線路設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，焊料無鉛化的日益嚴(yán)格，促使化學(xué)鎳金工藝的研究和應(yīng)用越來越受到重視并取得了新的發(fā)展。由于銅和鎳具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕性能,易于加工成型等優(yōu)點(diǎn)，近年來在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛，但由于受到各種因素的影響, 化學(xué)鎳金工藝也有難以克服的問題，鎳腐蝕就是其中之一。

關(guān)于鎳腐蝕問題，國內(nèi)外同行都做了許多方面的研究，盡管對鎳腐蝕控制取得長足的進(jìn)步，然而對此問題的認(rèn)識、理解依舊存在著較大的分歧，實(shí)際生產(chǎn)中鎳腐蝕問題仍是難以根除。

 

1．鎳腐蝕現(xiàn)象及其危害

鎳腐蝕的生成主要是因?yàn)樵诮疬^程中，鎳層表面遭受過度氧化反應(yīng)。大體積的金原子不規(guī)則沉積，及其粗糙晶粒稀松多孔，造成鎳層持續(xù)發(fā)生『化學(xué)電池效應(yīng)』，使得鎳層不斷發(fā)生氧化。

目前國內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)對鎳腐蝕均沒有明確的控制標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前在實(shí)際生產(chǎn)控制中，鎳腐蝕其實(shí)是一直存在的（鎳腐蝕可能是1/3、2/3的鍍層厚度）。鎳腐蝕現(xiàn)象由輕微到嚴(yán)重，較輕微的鎳腐蝕在鎳的晶界附近發(fā)生釘狀的鎳腐蝕穿透，較嚴(yán)重的鎳腐蝕則是在鎳表面發(fā)生了大面積的鎳腐蝕穿透，嚴(yán)重者則導(dǎo)致“黑PAD”的出現(xiàn)，還可能會(huì)阻止焊點(diǎn)的潤濕，使焊點(diǎn)容易從鎳表面分開，嚴(yán)重影響PCB的可靠性。

 

2．觀察圖片與測試

 

（1）樣品預(yù)處理：

 

（2）測試圖片

 

 圖1.樣品剝金后SEM測試圖片（25X~5000X）

 

使用剝金溶液將樣品表面的金層溶解，使用掃描電鏡觀察表面形貌，發(fā)現(xiàn)表面嚴(yán)重龜裂（可能是延伸到金面的鎳表面的腐蝕裂紋），而裂痕主要沿著晶界擴(kuò)散。

 

（3）磷含量測試

 

圖2.樣品剝金后測試圖片（3000X）

 

圖3.樣品剝金后EDS測試譜圖

 

 

（4）鎳腐蝕深度測量

 

圖4.樣品鎳腐蝕深度測試圖片（5000X）

 

      Au層是抗氧化層，利用Au不易氧化的特性，對電路提供良好的傳導(dǎo)及保護(hù)。

      Ni-P層是防擴(kuò)散層，N i層是提供Cu、Au之間的緩沖層，避免Cu和Au互相擴(kuò)散或遷移。

      Cu層是基材內(nèi)部的傳導(dǎo)線路。

      通過觀察切片樣品，可知沿著晶界往Ni-P層的內(nèi)部發(fā)生氧化，形成較嚴(yán)重的鎳腐蝕。

 

 

（5）磷含量對比

 

圖5.樣品鎳腐蝕EDS測試圖片（5000X）

 

圖6.樣品鎳腐蝕EDS測試譜圖

 

 

      Spectrum C O P Ni Total

      譜圖1 4.66 1.38 12.91 81.05 100.00

      譜圖2 2.24 1.27 10.12 86.38 100.00

      由EDS結(jié)果可知，鎳腐蝕處的P含量高于鍍層P含量，且鍍層P含量在正常范圍內(nèi)(7~11wt%)。

 

3. 影響鎳腐蝕的因素

一般的情況下，產(chǎn)生鎳腐蝕主要由于鎳磷合金層中磷的含量偏低，使得整個(gè)磷鎳合金層在后面的浸金過程中抗腐蝕能力偏低，最終在浸金時(shí)產(chǎn)生鎳腐蝕。第二種情況是鎳缸中有雜質(zhì)的污染，使得鎳磷合金層發(fā)生變化導(dǎo)致抗腐蝕能力下降，比如有機(jī)污染（綠油后烘不良析出）、硝酸根離子等。

 

4. 結(jié)論

鎳腐蝕問題直至影響到焊盤的潤濕性能、焊接性能，改善化學(xué)鍍金的平整性仍然是PCB板的發(fā)展重點(diǎn)。這需要重視對鎳腐蝕水平的控制，有待于加緊制定針對鎳腐蝕測試的行業(yè)、乃至國際標(biāo)準(zhǔn)。

 

5. 參考標(biāo)準(zhǔn)

IPC-TM-650 2.1.1   手動(dòng)微切片法

GB/T 17359-2012    微束分析 能譜法定量分析

JB/T 7503-1994     金屬履蓋層橫截面厚度掃描電鏡測量方法