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化镍浸金焊接黑垫之探究与改善TPCA技术顾问 白蓉生本文原载于TPCA会刊第十五期一、化镍浸金流行的原因各种精密组件组装的多层板类，为了焊垫的平坦、焊锡性改善，焊点强度与后续可靠度更有把握起见，业界约在十余年前即于铜面逐渐采用化镍浸金(Electroless Nickel and Immersion Gold;EN/IG)之镀层，作为各种SMT 焊垫的可焊表面处理(Solderable Finishing)。
此等量产板类有：笔记型计算机之主机板与通讯卡板，行动电话手机板，个人数字助理(PDA)板，数字相机主板与卡板，与摄录像机等高难度板类，以及计算机外设用途的各种卡板(Card，是指小型电路板而言)等。
据IPC的TMRC调查指出ENIG在1996年只占PCB表面处理的2%，但到了2000年时却已成长到了14%了。
以台湾量产经验而言，1000l之化镍大槽中，单位操作量（Loading Factor）已达1.5ft2/gal （360cm2/L），工作忙碌时两三天就需要换槽。
ENIG之所以在此等困难板类大受上下游欢迎的原因，经过深入了解后计有下面四点：图1.此为Errison著名手机T-28之HDI六层板（1+4+1），线宽3mil雷射盲孔5mil，其基频区共装了一颗mini-BGA及4颗CSP，其Via in Pad之垫径仅12mil左右，是1999被Prismark推崇的明星机种。
初上市时售价台币两万六，由于竞争激烈及电磁波太强，2001年已跌价到了999元，灾情之惨重岂仅是唏嘘慨叹而已。
1.1 表面平坦好印好焊，小型承垫独领风骚当板面SMT的细长方形、或圆形、或方形之焊垫越来越多、越密、越小时，熔锡与喷锡处理垫面之高低不平，造成锡膏印刷不易与零件踩脚困难，进而造成热风或热氮气熔焊（Relow）品质的劣化。
此与十余年前盛行的通孔波焊，或后来垫面还够大时的锡膏熔焊等皆大异其趣。
彼时之垫面喷锡处理，无论在焊锡（Solderablity）或焊点强度（Joint Strength）方面，均非其它可焊处理之所能望其项背。
表面贴装焊点剪切力无合格判定标准的解析发布时间：2022-08-29T01:30:36.513Z 来源：《科技新时代》2022年2期1月作者：杨绪瑶[导读] 在电子产品竞争日趋激烈的今天杨绪瑶连云港杰瑞电子有限公司江苏连云港222006摘要：在电子产品竞争日趋激烈的今天，产品质量水平不仅是企业技术和管理水平的标准，更与企业的生存和发展息息相关。
而随着元器件和PCB板的发展，SMT已成为电子组装的主流，提高产品质量已成为SMT生产中的最关键因素之一。
如何判断SMT器件焊点的可靠性，SMT工厂常常想用剪切力大小来评估。
但在整个电子制造行业中，包括国际电子工业联合会（IPC）在内的各个标准制定组织，并没有制定SMT焊接后器件的行业剪切力合格判断标准。
本文将从几个方面分析为什么行业中没有统一的器件剪切力合格判定标准，以及如何来判断SMT焊点质量是否合格。
关键词：表面贴装工艺、焊点、可靠性、标准、剪切力、合金层1、引言表面贴装工艺，又称表面贴装技术（SMT，Surface Mounted Technology的缩写），是一种无需在印制板上钻插装孔，而直接将表面组装元器件贴焊到印制线路板或其他基板表面的规定位置，用焊料使元器件与印制线路板之间构成机械和电气连接的电子组装技术。
表面贴装的最终目标是获得完美的焊点，即实现元器件与电路板之间机械和电气的完美连接。
焊点的可靠性就成为焦点关注的问题。
如何来判断焊点的可靠性是每位SMT从业人员所必须掌握的技能。
判断焊点的可靠性就需要参考相应的标准。
行业内通常想通过测试器件焊接后的剪切力值来判断焊点的可靠行。
然而，在整个电子组装行业中，有关于剪切力测试方法的标准，却没有判断剪切力值是否合格的标准。
国际电子工业联合会(IPC)作为著名的全球电子行业协会，其制定了涉及电子行业的涉及、制造和测试各个领域的标准，但依然没有焊点剪切力测试是否合格的标准。
本文就从几个专业技术角度来分析为什么整个电子组装行业没有统一的判断焊点剪切力是否合格的标准。
OspOSP是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。
OSP是Organic Solderability Preservatives的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。
简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜。
这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈（氧化或硫化等）；但在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。
1简介随着人们对电子产品的轻、薄、短、小型化、多功能化方向发展，印制线路板向着高精密度、薄型化、多层化、小孔化方向发展，尤其是SMT的迅猛发展，从而使SMT 用高密度薄板（如IC 卡、移动电话、笔记本电脑、调谐器等印制板）不断发展，使得热风整平工艺愈来愈不适应上述要求。
同时热风整平工艺使用的Sn-Pb 焊料也不符合环保要求，随着2006 年7 月1 日欧盟RoHS 指令的正式实施，业界急需寻求PCB 表面处理的无铅替代方式，最普遍的是有机焊料防护(OSP)、无电镀镍金沉浸(ENIG)、银沉浸以及锡沉浸。
2处理方式下图是常见的几种PCB 表面处理方式热风整平（Sn-Pb HASL）、浸Ag、浸Sn、OSP、无电镀镍浸金（ENIG）的性能比较，其中后4种适用于无铅工艺。
可以看出OSP的工艺简单、成本低，所以越来越受到业界的欢迎。
物理性能Sn-Pb HASL 浸Ag 浸Sn OSP ENIG保存寿命(月) 12 12 12 12 6可经历回流次数4 5 5 》4 4成本中等中等中等低高工艺复杂程度高中等中等低高工艺温度240°C 50°C 70°C 40°C 80°C厚度范围, 微米1-25 0.05-0.20 0.8-1.2 0.2-0.5 0.05-0.2Au 3-5Ni助焊剂兼容性好好好一般好OSP是Organic Solderability Preservatives 的简称，中译为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。
镍钯金工艺（ENEPIG）详解一、镍钯金工艺（ENEPIG）与其他工艺如防氧化（OSP）,镍金（ENIG）等相比有如下优点：1. 防止“黑镍问题”的发生–没有置换金攻击镍的表面做成晶粒边界腐蚀现象。
2. 化学镀钯会作为阻挡层，不会有铜迁移至金层的问题出现而引起焊锡性焊锡差。
3. 化学镀钯层会完全溶解在焊料之中，在合金界面上不会有高磷层的出现。
同时当化学镀钯溶解后会露出一层新的化学镀镍层用来生成良好的镍锡合金。
4. 能抵挡多次无铅再流焊循环。
5. 有优良的打金线（邦定）结合性。
6. 非常适合SSOP、TSOP、QFP、TQFP、PBGA等封装元件。
二、镍钯金工艺（ENEPIG）详解：1. 因为普通的邦定（ENIG）镍金板，金层都要求很厚基本上微米以上，ENEPIG板只需钯微米、金微米左右就可以满足（钯是比金硬很多的贵金属，要钯层的原因就是因为单纯的金、镍腐蚀比较严重，焊接可靠性差。
钯还有个作用是热扩散的作用，整体来说ENEPIG 可靠性比ENIG高）。
2. 化学镍钯金属这个制程已经提出好几年了，但是现在能量产的不多，也就是比较大的厂才有部分量产。
流程和化学沉金工艺基本相似，在化学镍和化学金中间加一个化学钯槽（还原钯）ENEPIG制程：除油--微蚀--酸洗--预浸--活化钯--化学镍（还原）--化学钯（还原）--化学金（置换）。
3. 现在说自己能做的供应商人很多，但是真正能做好的没有几家。
控制要主要点钯槽和金槽，钯是可以做催化剂的活性金属，添加了还原剂后，控制不好自己就反应掉，（就是俗话说的翻槽），沉积速度不稳定也是一个问题，很多配槽后速度很快，过不到几天速度就变慢很多。
这不是一般公司能做好的。
4. 化学沉金目前有很多有黑镍问题，以及加热后的扩散，中间添加一层致密的钯能有效的防至黑镍和镍的扩散。
5. 该表面处理最早是由INTER提出来的，现在用在BGA载板的比较多载板一面是需要邦定金线，另一面是需要做焊锡焊接。
..镍钯金工艺（ENEPIG）详解一、镍钯金工艺（ENEPIG）与其他工艺如防氧化（OSP）,镍金（ENIG）等相比有如下优点：1. 防止“黑镍问题”的发生–没有置换金攻击镍的表面做成晶粒边界腐蚀现象。
2. 化学镀钯会作为阻挡层，不会有铜迁移至金层的问题出现而引起焊锡性焊锡差。
3. 化学镀钯层会完全溶解在焊料之中，在合金界面上不会有高磷层的出现。
同时当化学镀钯溶解后会露出一层新的化学镀镍层用来生成良好的镍锡合金。
4. 能抵挡多次无铅再流焊循环。
5. 有优良的打金线（邦定）结合性。
6. 非常适合SSOP、TSOP、QFP、TQFP、PBGA等封装元件。
二、镍钯金工艺（ENEPIG）详解：1. 因为普通的邦定（ENIG）镍金板，金层都要求很厚基本上0.3微米以上，ENEPIG板只需钯0.1微米、金0.1微米左右就可以满足（钯是比金硬很多的贵金属，要钯层的原因就是因为单纯的金、镍腐蚀比较严重，焊接可靠性差。
钯还有个作用是热扩散的作用，整体来说ENEPIG可靠性比ENIG高）。
2. 化学镍钯金属这个制程已经提出好几年了，但是现在能量产的不多，也就是比较大的厂才有部分量产。
流程和化学沉金工艺基本相似，在化学镍和化学金中间加一个化学钯槽（还原钯）ENEPIG制程：除油--微蚀--酸洗--预浸--活化钯--化学镍（还原）--化学钯（还原）--化学金（置换）。
3. 现在说自己能做的供应商人很多，但是真正能做好的没有几家。
控制要主要点钯槽和金槽，钯是可以做催化剂的活性金属，添加了还原剂后，控制不好自己就反应掉，（就是俗话说的翻槽），沉积速度不稳定也是一个问题，很多配槽后速度很快，过不到几天速度就变慢很多。
这不是一般公司能做好的。
4. 化学沉金目前有很多有黑镍问题，以及加热后的扩散，中间添加一层致密的钯能有效的防至黑镍和镍的扩散。
5. 该表面处理最早是由INTER提出来的，现在用在BGA载板的比较多载板一面是需要邦定金线，另一面是需要做焊锡焊接。
PCB板的无铅表面处理比较随着环保意识的日益增强，无铅表面处理技术在PCB板制造中得到了广泛应用。
无铅表面处理技术旨在代替传统的有铅表面处理方法，从而避免铅对环境和人类的健康造成的潜在风险。
在本文中，我们将对几种常见的无铅表面处理方法进行比较，并探讨它们的优缺点。
1. OSP（Organic Solderability Preservatives）OSP是一种环保的表面处理技术，它通过在基材表面形成一层有机保护剂（常见的有机保护剂有有机酸、有机锡等）来提高基材的可焊性和可针性。
相对于有铅表面处理技术，OSP的优点是无需高温处理和特殊设备，成本较低。
而缺点是OSP对环境湿度较为敏感，容易在潮湿环境下失去保护作用。
2. ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold）ENIG是一种无铅表面处理方法，它在基材表面形成一层镀镍和镀金的保护层。
ENIG技术的优点是镀金层具有良好的抗氧化性和焊接性能，使得焊接过程中不易产生焊接缺陷。
而缺点是ENIG镀层的成本较高，特别是对于大批量生产来说不太经济。
3. Immersion Tin浸锡是一种常见的无铅表面处理方法，它通过在基材表面形成一层锡保护层来提高其可焊性。
浸锡技术的优点是成本较低，生产过程简单。
而缺点是锡层易于氧化，从而降低其可靠性和可维修性。
4. HASL（Hot Air Solder Leveling）HASL是一种传统的有铅表面处理方法，但也可以通过使用无铅焊锡来实现无铅处理。
HASL技术的优点是成本低，适用于批量生产。
然而，由于铅的环境和健康风险，HASL正逐渐被更环保的无铅表面处理技术所取代。
总的来说，不同的无铅表面处理方法各有优缺点。
在选择适合自己的无铅表面处理方法时，需要考虑生产成本、产品可靠性、环境要求等方面的因素。
同时，随着技术的不断发展，无铅表面处理技术也在不断进化，未来可能会有更多新的无铅表面处理方法出现。
OSP工艺制程生产性总结第一节 OSP在PCB和PCBA生产过程中的注意事项OSP=organic solderability preservative（有机保焊剂）与其它最终表面处理的区别：1.OSP在PCB生产过程中的一些注意事项：A，制程方面：膜厚控制的工艺范围为0.2um-0.5um，target0.3 microns -0.4 microns；OSP制程返工须严格控制，防止微蚀过度；做完后加快流转，尽快包装；B，手势控制：在转运过程中（含最终检验、出货检验及包装）必须戴干净棉手套，防止手渍及其它有机物污染；拿板时尽量以双手靠板边夹紧方式进行；C，包装：板与板之间忖无硫纸，真空热塑包装，包紧不漏气；2.OSP对PCBA生产过程中的一些注意事项：A，PCB板在转运过程中的拿板手势非常重要，也是短时间内较难完全落实的工作；B，回流焊与波峰焊之间停留时间不要太长；如需要停留时间很长，建议应放在恒温恒湿房间；C，因每个车间条件都不一样，一些焊接参数（包括助焊剂的辅助物料等）需要自己试验，得出最佳状态；3.后附ENTEK PLUS HT的资料和相关说明；全部资料见后附文件；其中P34—P41为装配时注意事项；大致内容是：P35：优异的SMT回流焊连接性；P36：助焊剂兼容性；建议助焊剂参数为：最小酸值18（mg KOH/g）；固体含量最小为2（WT）%（重量比）；固含量高，可操做范围就大；润湿性和助焊剂的类型，使用及喷涂有关系；P37：助焊剂兼容性强；免清洗和非免清洗都可以；P38：无铅波峰焊溶铜情况：产品经验说明，溶铜情况低于美国NIST和NEMI报告（标准）1~1.5%，稳定在~0.78%；P39：ICT测试：用尖头测试针；接触电阻低于40微欧；P40：错印板清洁处理：有机溶剂攻击OSP膜；清洁后（表面无OSP膜保护）尽快全制程安装结束；（一般24小时内无问题；如异常，可选用酸度较高的助焊剂）P41：保存时间：20~30℃，湿度小于70度，12个月；6个月保证；第二节 OSP板在无铅焊接过程中的注意事项1.OSP焊接出现的焊盘针孔现象：A，该现象与OSP无关，因助焊剂喷上后，OSP膜就分解了，与后续的焊接没有关系；B，板表面温度偏低，为提高可焊性，加大了助焊剂的喷涂量降低了板温；C，冷焊和助焊剂中的挥发成份是产生气孔（针眼）的原因之一，盘越大，吸热越大，则产生气孔（针眼）越明显；D，锡炉中如果铜含量偏高，则焊盘表面也会出现起沙点和产生针眼的现象；F，RoHS焊接的本质，《IPC-610D》有明确的要求：第三节IMC与焊接温度和时间的相互关系IMC=Intermetallic Compounds金属间结合层1.IMC厚度与抗拉强度的关系：A,IMC<0.5um时，金属间结合层太薄，几乎没有抗拉强度；B,IMC=0.5um时，抗拉强度最佳；C,0.5um<IMC≤4.0um时，抗拉强度可以接受；（有铅的最佳为1.2um≤IMC≤3.5um）2.IMC的特性：A,它与基板材料、焊盘、元器件焊端之间的热膨胀系数差别很大；B,此种合金组织比较脆，它的厚度与焊接温度和时间成正比；C,温度没有达到210℃-230℃时，不能形成足够的IMC，只有在220℃维持2秒钟左右的条件下，才能形成良性的IMC；D,当温度大于230℃时，扩散反应就加速，声成过多的恶性IMC，焊点变得脆性多孔；第四节PCBA通孔焊点“砂眼”分析AFR= Annualized Fail Rate 年返率1.退锡工艺的PCB板，经过波峰焊接后出现焊点“砂眼”原因：A,退锡药水的主要成分硝酸及硝酸铁，攻击铜的主要物质是硝酸铁，吹孔的主要原因是孔内有水汽；B，PCB板喷锡后肯定是PAD上的锡比孔内的锡厚得多，所以退净PAD上的锡则孔内的铜肯定会被攻击，最终导致孔铜变薄且有空洞，PCB板经OSP后残留水汽，引起吹孔，表现出了焊点“砂眼”。
enig 处理工艺Enig处理工艺是一种在PCB制造过程中使用的表面处理工艺。
它的全称是电镀镍金工艺，是通过将金属镍和金属金属混合物电镀到Copper底材上来形成一个金属保护层。
这种保护层可以用于保护电路板不受氧化，腐蚀等化学性能的影响。
Enig处理工艺的工艺流程包含了以下几个步骤：（1）化学处理法：首先还原底材，脱脂、清洗，去铜剩余；（2）镀镍法：在化学处理过的Copper底材表面喷洒亲水性溶液，电化成Ni@+2;（3）中和反应：使用碱液将溶液中的Ni@+2还原为Ni;（4）化学处理法：再次清洗。
比起现有表面处理工艺，Enig处理工艺具有以下优点：1.优异的焊接性：传统Copper PCB的表面处理有镀金（electroless gold, ENEPIG），OSP（Organic Solderability Preservatives，有机钝化剂）和HASL （Hot Air Solder Levelling，热空气钎焊）等，这些表面处理方法降低了PCB的焊接性。
相比而言，Enig处理工艺保证了高可靠性的焊接。
2.表面平整度：在进行Enig处理之后，金属保护层可以在Copper表面形成一个平坦的层。
这个层保证了底材表面的光滑度以及更好的贴附度。
这在高密度PCB的生产过程中尤为重要。
3.提升环保：由于Enig处理工艺过程中，没有使用有害的化学品，因此这种工艺流程可以有效地降低工艺对环境的影响。
Enig处理工艺也有一些缺点和局限，这些都需要我们注意：1.成本较高：因为其比起传统表面处理工艺要更复杂，因此Enig处理工艺的成本较高。
这对于一些小批量数字电路的制造可能存在一些困难。
2.厚度控制：Enig处理工艺中沉积的金属保护层厚度是固定的。
由于部分组件的焊盘需要更高的厚度，因此这种工艺方法不能满足所有的需求。
3.表面性能不足：金属保护层虽然可以保护底材，但是在强酸、强碱等环境下仍然很容易发生蚀刻，这意味着在一些特殊工作条件下，Enig处理工艺不能完全满足需求。
