ENIG化學鎳金板中IMC的異常生長與開裂-深圳市福英達
ENIG化學鎳金板中IMC的異常生長與開裂
ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold）是一種廣泛應用于PCB表面處理的工藝，也被稱為沉金板或化學鎳金板。相比于電鍍金板，ENIG的金層更薄且密度較低。一般要求鎳層厚度為3-5μm，金層厚度為0.05-0.15μm（通常控制在0.07-0.1μm范圍內）。當需要在ENIG表面進行焊接工藝時，需要增加鎳層厚度至4-7μm。ENIG處理后的焊盤表面平整，在密間距器件的印刷貼裝制程中具有良好的使用效果。金層具備良好的導電性和耐磨性，可直接作為接觸導通面使用。此外，金層還具有抗氧化 和抗腐蝕能力，能有效保護底層的鎳層不被氧化，從而保持良好的焊接能力。
圖1. ENIG鎳金焊盤
然而，使用ENIG化學鎳金板進行焊接時，可能會出現焊盤上金屬間化合物（IMC）的異常生長與開裂問題。本文將探討該問題的成因以及可能的解決方法。
IMC生長與熱脆性
錫銅間金屬化合物在高溫長時間作用下會出現熱脆性現象。這是由于液態焊錫與銅形成的IMC呈鵝卵石狀（切片呈扇貝狀），晶界間存在縫隙，使得液態焊錫與焊盤銅箔持續不斷地生成Cu6Sn5，并使較小的晶粒并入較大的晶粒內。當晶粒生長到一定尺寸時，底部基材已無法承受，晶粒會自行斷裂跌落進入焊點內，這種現象稱為跌落。因此，控制IMC層的厚度非常重要，過厚的IMC層會導致熱脆性和開裂問題的發生。
IMC分層與跌落
錫鎳間IMC分層與跌落問題源于IMC的多次生長。在第一次回流焊接過程中形成的錫鎳IMC層會在第二次回流焊接制程中被底部新生成的IMC層推浮上升。如果第一次IMC層過厚，第二次IMC層同樣很厚，那么后生成的IMC將排擠原有的IMC層，導致固有IMC層的分離并脫落進入焊點內。因此，在焊接過程中，無論是錫銅間金屬化合物還是錫鎳金屬化合物，都需要控制其厚度。IMC層的厚度應盡量薄，但必須存在，否則將無法形成可靠的焊點。
影響IMC生長的因素
（a）焊接時間過長和溫度過高：過長的焊接時間和過高的焊接溫度會加速IMC的生長速度，導致IMC層厚度超過正常范圍。
（b）化學鎳層粗糙度過大：粗糙的化學鎳層會加速IMC的溶解，從而促進IMC的生長。
（c）存在鎳層上浮現象：如果鎳層上浮，游離的鎳將直接溶解進入焊錫中，進一步增加IMC的厚度。
通過嚴格控制焊接時間和溫度、控制化學鎳層粗糙度以及避免鎳層上浮現象，可以減少IMC的厚度，提高焊點的可靠性和機械強度。進一步的研究和優化ENIG工藝參數對于解決IMC異常生長與開裂問題具有重要意義，以滿足高可靠性電子制造的需求。
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