金層在電路板表面處理的角色只是作為空器的隔絕層,用來保護(hù)其下面的鎳層不至于氧化而已,金(Au)在焊錫中的非但無法形成強(qiáng)壯的焊接,反而會形成AuSn及AuSn2等脆弱的IMC而造成金脆的后果。其實(shí)ENIG板子的真正焊點(diǎn)應(yīng)該要完全生長在鎳層,形成Ni3Sn4的良性IMC,如此才能確保焊接強(qiáng)度。
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)表面處理的板子在高溫焊接的瞬間,金層將會迅速溶解于液態(tài)錫之中,形成AuSn、AuSn2或AuSn4等共金(IMC)而快速脫離EN (Electroless Nickel)層,并迅速擴(kuò)散進(jìn)入焊錫之中。 所以ENIG的焊點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是完全生長在EN化鎳層的表面,一般的金層功用在保護(hù)鎳面不要跟要跟空氣直接接觸而生銹氧化而已。 金層如果太厚不但無濟(jì)于事,而且一旦超過焊點(diǎn)重量的3%時(Au的比重為19.3),反而會引起金脆(Gold Embrittlement)的問題,形成脆弱的IMC。
下面四張圖片為放大4500倍的SEM圖像,說明在回焊爐熱量不足的情況下,黃金成份正要從鎳層分離融入焊錫之中的瞬間,當(dāng)零件遭受外力沖擊的時候就極有可能從這一整排AuSn、AuSn2或AuSn4的IMC處裂開。
下面四圖顯示,當(dāng)焊接的熱量不足或未持續(xù)時,雖然Ni3Sn4的薄薄IMC層已經(jīng)生成而焊牢,但也會因?yàn)锳uSn及AuSn2還未來得及逸走,而停留在共金接口附近,當(dāng)有外力拉扯的時候,就很容易斷裂開來。 這就是為何ENIG的焊點(diǎn)強(qiáng)度,始終不如銅面焊點(diǎn)(Cu6Sn5)來得更為牢固的主因之一。
下面兩圖顯示,當(dāng)焊接的熱量足夠且持續(xù)的時候,金層將會完全逸走融入到焊料之中,從圖片中可以零星看到小顆粒的AuSn四處分散漂浮在焊料之中,剩下由錫鎳所形成的IMC,自然就可以得到有不錯的焊接強(qiáng)度。 可以想見,如果浸金或鍍金層太厚,就會形成過多的AuSn共金,最后導(dǎo)致AuSn無法有效逸走或充滿整個焊料,進(jìn)而影響到焊接強(qiáng)度。
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