黑镍现象

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黑镍现象

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前言
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



1.案例背景
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▷ 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。
▷ PCB为化镍浸金板，电容表面处理为镀镍镀锡。
; ^( j. P" Y, G/ a0 Z▷ 断裂通常发生在右端焊点。
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' K. M/ n8 k  G" G, K  {+ H" t


2.分析方法简述
4 a8 U: u8 z9 G2 ]0 u+ w4 T
$ g3 p% Q3 Z2 J1 q2.1 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。
2.2 原因分析—电容原物料分析
4 d) Y- ~' x: E' `# e, L2.2.1 表面成分分析


# R5 ]3 @9 |2 b/ d" G

" l; Z; X0 d5 i6 K/ z+ O9 S
" C* j, N# p( _5 W4 y2.2.2 沾锡能力测试

& q  r0 y, u# G2.2.3 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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2.电容左右两端的沾锡能力正常。
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0 X. E' H* `+ ]$ O2.3 原因分析—PCB原物料分析
0 R% Z9 q) w6 h+ t) ~, \( F$ P, {7 B切片分析+膜厚量测
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6 M+ K1 y4 Q$ ^" T! v  N3 \4 o* H
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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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, ~: y7 C5 h4 ?4 H! i+ b小结：PCB镍层P含量约为9wt%,在正常范围之内（6-10wt%）
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& `. M! g1 e3 b6 q% Q4 r
& Q9 e) w- l5 Z3 c! V: B3 R2.4 原因分析—未脱落样品焊点分析
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: ]  p1 T" |! t/ T, O+ q+ t) I7 b
- m/ Y( w( ?* j1 n2 x
▷ 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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▷ 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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  e: v8 F: k" G* h8 q, |& b6 h3.结论
: E4 W  |! C/ S; r6 j1.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。
2.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。
' ], i7 y6 X4 e( \6 N3.两侧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。

, r4 h5 o' l; x/ d4.改善建议
; i; X% ?6 \7 k1.严格控制原物料PCB质量，减轻黑镍现象；
% Z, |; M1 i0 C/ k" W4 V2 V2.适当降低焊接热量。
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Eleanor12

看看什么是黑镍现象。