黑镍现象

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黑镍现象

$ t' ?- K+ r/ z9 x5 K+ O5 Q  K. b; p前言
) S5 Q0 f* R! a黑镍的生成主要是因为在浸金过程中，镍层表面遭受过度氧化反应。大体积的金原子不规则沉积，及其粗糙晶粒之稀松多孔，造成底下镍层持续发生『化学电池效应』(Galvanic effect)，进而使得镍层不断发生氧化，导致在金面下生成未能溶解的镍锈持续累积而成。

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黑镍对焊接的影响
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1.案例背景
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5 q, n) M& c; o▷ 客户产品过SMT后发现某电容焊点强度过低（推力<0.3kgf）, 焊点断裂，不良率约为30%, 客户要求分析失效原因。
. o4 d) o/ r( S; c. K▷ PCB为化镍浸金板，电容表面处理为镀镍镀锡。
▷ 断裂通常发生在右端焊点。


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7 W+ R4 O' n1 l; L- C2.分析方法简述

2.1 原因分析-断口分析（推力：0.25kgf）
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▷ 对脱落样品的断口进行分析，发现断裂主要发生在焊点PCB侧富P层附近。
▷ PCB端左右两侧断口形貌存在明显差异，右侧断口发现有明显的“泥状”腐蚀裂纹。
- J: x* \8 A: _$ k1 f$ U8 k2.2 原因分析—电容原物料分析
2.2.1 表面成分分析
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2.2.2 沾锡能力测试

2.2.3 切片+EDS分析



小结：1.对电容左右两端进行表面成分分析，未发现异常元素；
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' ?3 i. L5 ~& G: }2.电容左右两端的沾锡能力正常。
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2.3 原因分析—PCB原物料分析
* v- \! u. F, K0 M8 I0 o切片分析+膜厚量测
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● PCB原物料发现有较严重的“黑镍”现象，其中右侧Pad明显比左侧严重
● 镍层厚度在正常范围之内

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0 U* D. b0 F9 d& d' A小结：PCB镍层P含量约为9wt%,在正常范围之内（6-10wt%）

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% G2 j4 Q" y) P$ P6 V; I# \2.4 原因分析—未脱落样品焊点分析
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* Q. f/ V5 u& ^6 B▷ NG样品焊点内生成的IMC普遍较厚，部分区域達4.2μm 。同时生成了厚度近0.4μm的富P层，以及连续的Ni-Sn-P层。过厚的IMC及连续的Ni-Sn-P对焊点强度不利。
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/ w* }* P, ~0 W- g% h' E5 R/ i▷ 右侧Pad焊点内有严重的黑镍，导致局部区域焊接润湿不良。在黑镍上方同时发现有大量的Au富集(AuSn4)，AuSn4易产生“金脆”，对焊点强度不利。
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▷ 在部分区域黑镍造成了较严重的腐蚀裂纹，部分腐蚀裂纹达到了Ni层的一半。在NG样品的断口上，可以轻易发现这些腐蚀裂纹。

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3.结论
1 y$ T' ]9 D/ b1.焊点断裂主要发生在PCB侧的富P层附近。不良批次的PCB有严重的“黑镍”现象，其中失效位置的右侧Pad明显严重于左侧，导致右侧焊点更容易失效。
/ v6 E6 w  L5 W$ F2.黑镍导致焊点部分区域出现不润湿，并在部分区域产生了较严重的腐蚀裂纹，影响焊点强度。
1 N: y* v7 ]8 L3.两侧Pad焊点均生成了较厚的IMC，厚度近0.4μm的富P层以及连续的Ni-Sn-P层。Ni-Sn-P相与IMC结合力差，可能对焊接强度有影响。

4.改善建议
8 m+ W0 r5 B/ {' ^1.严格控制原物料PCB质量，减轻黑镍现象；
2.适当降低焊接热量。

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