你知道ENIG表面处理PCB的金层厚度对于焊接品质会有什么决定性的影响吗？金层在PCBA的焊锡中又是扮演什么角色？电子零件从PCB掉落又与ENIG的金层有何关系？ENIG的金层厚度该是越后越好吗？
最近我们公司的SMT代工厂及电路板的生产厂商一直在吵 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 板子的镀金厚度规格，原因是EMS工厂最近生产了一批ENIG的板子，经过SMT作业后做整机组装时却发现有零件掉落的问题，一开始SMT工厂强烈认定是黑垫(Black pad)所造成，因为从外观看起来，在零件掉落处的焊垫呈现出黑垫的颜色，而且大部份的焊垫也都随着零件整个掉落而连接在零件引脚上，推想焊锡断裂面可能出现在化镍(Electroless Nickel)层或富磷(P-rich)层位置。
其实我们公司的产品是全外包给1 工厂生产的，所以代工厂当然得负责生产的品质，不过外包作业有时就是会有许多扯不清楚的地方，尤其是关系到责任的归属与赔偿的问题时，以这次的事件来说，就看SMT代工厂与电路板生产厂两边来来回回的打了好几回合的仗，这边说是黑垫的问题，因为做了切片打了EDX/SEM，认为磷（P）的含量有点偏高，那边说他们也做了切片也打了EDX/SEM，可是磷（P）的含量应该在正常的范围内；这边说镀金层太薄小于1.0µ”，那边又辩说金层在焊锡中是没有太多用处的…等，可是却没有哪一方真正用心去做完切片然后分析零件究竟是从哪一个层面剥离？是IMC长成不好？又或是温度加热不足造成焊锡不良？还是镍层(EN, Electroless Nickel)氧化造成焊接强度变弱？
弄到后来我们公司的货也出不出去了，最后还是得自己跳下去作仲裁，把双方人马通通抓进来一起开会讨论！
首先，当然就是要瞭解现状，先确定零件掉落是否只发生在后段产品整机组装(Box Build)，因为整机组装及测试的时候是需要对I/O零件做实际插拔操作，前面的SMT生产及ICT测试都没有发现到问题，而且检查了有问题及之前没有问题的组装电路板(PCBA)后，发现良品的电路板零件可以承受到6～8Kg-f的推力不会掉落，而不良品的电路板只要推到2Kg-f不到，零件就会掉落。
所以，短期措施可以先用推力的方式来Sorting(挑选)良品及不良品，不过作过推力的零件需要再手焊一次以确保零件没有因为执行推力而引起细微的焊点龟裂；至于已经整机组装好的完成品，可就伤脑筋了，我们最后决定以最后入库的一批产品先作100％的插拔测试，然后按AQL0.4拆机检查零件推力，其他的批量则以栈板为单位，作100%的插拔测试并抽2台作推力测试。这可是大工程啊！
接着开始推敲并釐清零件掉落的真因，其实零件掉落不外乎上面提到的几个可能性，先检查零件断裂在什么地方，大概就可以知道问题出在哪里了：
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如果零件脚上根本就没沾锡，那肯定是零件脚氧化或是锡膏不良所引起。
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如果根本就没有长成IMC，那reflow热量应该不足。
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如果是断裂在IMC层的表面，就要看IMC的长成有没有问题，假设设计上没有问题而IMC长成不好，则可能是回焊(Reflow)温度不足…等问题。
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如果断裂处发生在IMC与镍层之间，则可以检查富磷层是否明显，建议一定要打元素分析看看是否含磷量过高。如果富磷层明显而且过厚就会影响到日后的可靠性，也会引起结构不足的现象；另外也可能是镍层氧化造成焊接强度不足。
下面的图片拿取了有问题的板子，然后在有零件掉落的焊垫与零件没有掉落的焊垫上作切片，另外再拿一片之前生产没有问题的板子，在现在发现零件掉落的焊垫上作切片。
| 说明 | 切片图片 |
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这是拿有问题的板子在零件掉落焊垫处作切片的图片。 |
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这是拿有问题的板子在其他零件未掉落焊垫处作切片的图片。 |
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拿以前没有问题的板子 |
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经过连续几天的追踪讨论下来，真相好像也渐渐有了眉目，我们发现零件是掉落在IMC与镍层之间，而且IMC的生长似乎也有点不足，双方也都在镍层中发现了O(氧)的成份，虽然一方还是坚持有镍层腐蚀(Ni Erosion)的黑垫可能性，另一方则坚持没有镍层腐蚀，而是镍层氧化(Ni oxidization)造成，虽然依稀觉得电路板厂商没有把全部的真相说出来，但至少电路板厂商已经初步承认其电路板的制程有些问题，而且在其某条金槽的管控上发现了些许问题，也愿意吸全部收损失，所以我们也不再继续往下扒粪。
只是镍层腐蚀(Nickel erosion)与镍层氧化(Ni oxidation)在金层厚度的控制上似乎刚好颠倒，或许是188金宝搏苹果下载 的认识还不足吧！
188金宝搏苹果下载 在这里给出的意见当个参考就好，如果有电路板的专家路过的话，也请不吝提供意见。依据IPC4552的要求，一般化金层的厚度建议在2µ”～5µ”，化学镍层在3µm(118µ”)～6µm(236µ”)。不过金层要越薄越好，以免造成金脆与反向腐蚀，因为「金」在焊接过程中是不起反应的元素；但是金层如果太薄，则无法完全覆盖住整个镍层，存放的时间如果太久要再拿出来焊接，就容易出现氧化而有拒焊的现象，所以「金」的目的在这里最主要在防止电路板氧化。至于「镍」的目的何在？就请参考这篇文章：电子工业中零件或电路板镀镍的目的何在？
因为最近金价飙涨，所以我们公司的ENIG板的镀金层厚度也从原本的最少2.0µ”下降到1.2µ”以上就可以了，也就是说金层厚度已经薄到不能再薄了，再加上板子有时候一放就是三个月～半年，有些还会存放超过一年，着实有些担心，老实说我们还在密切观察这样的金层厚度会不会有什么副作用出现，不过上面的老闆既然已经答应供应商且决定如此，我们也只能等着看。
这次出问题的板子大概在库房存放了三个月，不过有问题板子的金层厚度量出来大约只有1.0µ”左右或更薄，根据电路板厂商最后回答的8D报告，结论是因为其电路板的金层厚度控制是以2mmx2mm的方框来作为量测的基准，但这次出问题的焊垫实际上比起这个尺寸要大得多，所以这里的焊垫金层厚度并没有受到管控，造成有些板子的浸金厚度不足，至使部份板子的镍层氧化，最后形成焊接强度不足的现象。以上是电路板供应商的部份回答，个人还是有些疑虑未清啦。
相关阅读：ENIG表面处理PCB焊垫的两大潜在问题(黑镍与富磷层)及预防措施
延伸阅读：
连接器使用一段时间后掉落问题探讨
浸金及电镀金在电路板焊接中所扮演的角色
如何判断BGA掉件是SMT工厂制程或是设计问题?
用渗透染红试验 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊锡
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熊大您好 :
想请教一下 , IC封装中的电镀制程 , 如果镀锡厚度不足 , 会造成何种问题呢 ?
Thanks & Best regards
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John;
这个要看Leadframe在还未镀锡前原本是什么材质，不过如果镀锡太薄应该都绘影想到客户端焊接于电路板的能力，如果LeadFrame没有任何电镀，就是「铜」，那就氧化风险就很高，
如果是镀「镍」，养画得程度会比铜来得轻微，但会影响銲锡的效果，因为会形成氧化镍，影响焊接品质。
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请问熊大 如果镍金层厚度不够 会造成锡吃金 再吃镍 最后直接接着基板的现象吗?
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Bryan;
印象中没有见过这样的问题，因为镍层一般都很厚，比金层厚约50倍。
不过经过一段长时间之后，铜层有机会慢慢扩散到镍层。
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熊大
之前公司也发生类似问题
我们身为制造厂请工研院做纵深分析 (ESCA)
类似应用 定量的酸蚀 将不良品 & 良品 不同位置 依时间序列
用 EDX 量测每单时间内 (可转换成 深度) 每层上元素变化
也是说 磷层 较厚 镍层 有 氧化 现象
可以请教下 化金板 有每层 厚度的 规范标准吗
那时有听说 应该是不能有 磷层 出现才对 是吗? \
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Allen;
就我的了解ENIG的磷(P)多多少少还是会出现的，验证不良品的时候最好可以拿一件良品及一件不良品，同时作EDX来作一下比较比较能够清楚的知道哪里出了问题。
关于富磷层的出现，网路上也有很多的文献，可以搜寻一下。
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如果发生不良 有同一批号 同DATE CODE pcb还没上件 可以剥金(氢化钾) 看镍层 也可以知道是否有黑垫
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Paul;
因为不良率并不是100%，所以我们也有取样剥金观察镍层，也作了切片，结果也是各说各话，最后但PCB厂商同意吸收不良的成本，所以PCB厂商应该有发现自己理亏的地方，只是可能没有全盘托出而已。目前还再吵那一缸子的空板要不要用。我个人是倾向不用啦!
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ag7645;
1. 我不太清楚你的200A是甚么单位耶！就我的了解，镀金的目地的确只在防止下面的镍层氧化而已，对焊锡并没有太大的帮助。
版主好:
200A 是指 0.02u 的镀金厚度…
依你的经验 这么薄的厚度 对防止氧化有用吗?
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Figo;
建议你弄清楚你的厚度市公制还是英制，这里谈的一般都是以英制为单位，我们公司的镀金厚度规定在1.2microinch以上就可以，实行了将近一年，这个问题第一发生，而且也只发生在1.2microinch以下的板子。
一般的镀金要求通常是2.0microinch最少，但由于金价昂贵，所以有价低的趋势。
原则上2.0microinches以上一定没有问题，1.2microinches需要再观察，但我们公司已经开始使用。
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电镀金有厚度分布的问题，化学金或许也有厚度分布的问题，从板厂的说法来看，金厚度的监控方式(测量点)有需要深入追究。
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的确是有金层厚度不均匀的问题，所以PCB厂商才要开始控管比较大的PAD。
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谢谢 熊大的分析，希望以后能经常拜读熊大的文章。
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熊大你好，我是作BGA的ME，读了你的文章很受启发，但对IMC是否正常长成还是比较模煳，能否再详细解析如何区分IMC是否正常长成？谢谢！
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guangxing;
应该可以看IMC是否均匀分布在整个焊锡面，还要看看IMC的厚度是否恰当。
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熊大，请教一个问题，做SMT焊接的锡膏不是有一定量的助焊剂吗？即使焊盘上存在氧化状况，助焊剂也应该清除掉氧化物阿，为什么能产生这么大的不良现象？从电路板厂商的回答来看我觉得应该是还有其他的原因，而不仅仅是镀金厚度不够，希望熊大能帮忙解疑…我们BGA的焊盘镀金厚度也只有0.38u而已，放置一个月再使用的情况也有，并未出现此类现象。
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Jerry;
说真的，我个人也认为PCB板的厂商并没有完全说实话，个人不排除有黑垫(Black pad)的成份存在，不过现在PCB板厂商已经定调金层太薄造成镍层氧化所致，而且同意吸收所有的损失，所以我们也不再坚持深究。
锡膏内的Flux的确可以清除部份氧化，可是以现在的无铅焊锡，其效果似乎不若以前的有铅来得很明显，如果是叫严重的的氧化应该也很难用锡膏内的Flux清除，以这个例子，零件其实有焊接成功，只是焊接的强度不足，后面在加手焊之后就可以补强，所以推测其参数应该处在边缘值，如果Reflow的迴焊时间可以在加长一点点或许就可以改善了，但电路板组装厂当然会有不一样的看法，而且迴焊时间加长也可能加速其他零件的老化。
你的0.38u应该是公制，换算成英制应该有0.15u”的厚度，已经比我们现在要求的0.12u”要厚了，目前的经验是只要镀金厚度高于0.12”就没事，还要继续观察就是了。
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谢谢你的文章…
想请教一下…我们是镍金…
表面镀金 我的认知只是防氧化而已 没别的作用
镍1.3um 表面只有200A 金的厚度
我们镀金面积1cm^2
1.如果表面只是防氧化 200A 厚度够吗?
2.储存位置非放置于氮气柜.至少3个月.. 这对拒焊会影响吗?
3.是不是有镀金的板子 储放一定要放置于氮气柜中…
4.有人说镍金厚度越厚 对于焊接的可焊性 越高 是这样吗?
谢谢
Reply
ag7645;
1. 我不太清楚你的200A是甚么单位耶！就我的了解，镀金的目地的确只在防止下面的镍层氧化而已，对焊锡并没有太大的帮助。
2. 就我的了解是镀金板不一定要放在氮气柜，如果镀金的厚度达到标准，原则上放六个月也不会有氧化的问题，当然如果不计成本，可以放当然最好，另外，至少也要管控湿气。
3. 如第2点
4. 金层在焊锡中并不起焊接的作用，所以不是说镀金厚度越厚就越好，有时候反而会适得其反，目前看来比较好的共金应该是镍锡及铜锡的IMC比较理想。我正在整理一份资料，应该可以在下星期放上来给大家参考。
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