ENIG化学镍金板中IMC的异常生长与开裂-深圳市福英达
ENIG化学镍金板中IMC的异常生长与开裂
ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold）是一种广泛应用于PCB表面处理的工艺，也被称为沉金板或化学镍金板。相比于电镀金板，ENIG的金层更薄且密度较低。一般要求镍层厚度为3-5μm，金层厚度为0.05-0.15μm（通常控制在0.07-0.1μm范围内）。当需要在ENIG表面进行焊接工艺时，需要增加镍层厚度至4-7μm。ENIG处理后的焊盘表面平整，在密间距器件的印刷贴装制程中具有良好的使用效果。金层具备良好的导电性和耐磨性，可直接作为接触导通面使用。此外，金层还具有抗氧化 和抗腐蚀能力，能有效保护底层的镍层不被氧化，从而保持良好的焊接能力。
图1. ENIG镍金焊盘
然而，使用ENIG化学镍金板进行焊接时，可能会出现焊盘上金属间化合物（IMC）的异常生长与开裂问题。本文将探讨该问题的成因以及可能的解决方法。
IMC生长与热脆性
锡铜间金属化合物在高温长时间作用下会出现热脆性现象。这是由于液态焊锡与铜形成的IMC呈鹅卵石状（切片呈扇贝状），晶界间存在缝隙，使得液态焊锡与焊盘铜箔持续不断地生成Cu6Sn5，并使较小的晶粒并入较大的晶粒内。当晶粒生长到一定尺寸时，底部基材已无法承受，晶粒会自行断裂跌落进入焊点内，这种现象称为跌落。因此，控制IMC层的厚度非常重要，过厚的IMC层会导致热脆性和开裂问题的发生。
IMC分层与跌落
锡镍间IMC分层与跌落问题源于IMC的多次生长。在第一次回流焊接过程中形成的锡镍IMC层会在第二次回流焊接制程中被底部新生成的IMC层推浮上升。如果第一次IMC层过厚，第二次IMC层同样很厚，那么后生成的IMC将排挤原有的IMC层，导致固有IMC层的分离并脱落进入焊点内。因此，在焊接过程中，无论是锡铜间金属化合物还是锡镍金属化合物，都需要控制其厚度。IMC层的厚度应尽量薄，但必须存在，否则将无法形成可靠的焊点。
影响IMC生长的因素
（a）焊接时间过长和温度过高：过长的焊接时间和过高的焊接温度会加速IMC的生长速度，导致IMC层厚度超过正常范围。
（b）化学镍层粗糙度过大：粗糙的化学镍层会加速IMC的溶解，从而促进IMC的生长。
（c）存在镍层上浮现象：如果镍层上浮，游离的镍将直接溶解进入焊锡中，进一步增加IMC的厚度。
通过严格控制焊接时间和温度、控制化学镍层粗糙度以及避免镍层上浮现象，可以减少IMC的厚度，提高焊点的可靠性和机械强度。进一步的研究和优化ENIG工艺参数对于解决IMC异常生长与开裂问题具有重要意义，以满足高可靠性电子制造的需求。
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