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IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 52 ENIG 可采用多种化学方法进行，取决于使用的化学物质，其导致的结果可能会不同。另外，所使用化学物质和工艺可能会与某些阻焊膜不兼容。在化学镀镍工艺中使用的还原剂含有磷或硼。在化学镀镍还原沉积镍的过程中，磷或硼都会结合在镍沉积中。应该控制这些共沉积元素的含量水平在规定的范围内。磷或硼超出规定限值过多，可能会对可焊性和焊点可靠性产生负面影响。图 5-5 显示了 …

IPC-7095D-WAM1 CN2019 年 1 月

无铅 HASL 可与 SMT、BGA 和通孔元器件兼容，但无

法进行金属线键合。它也与大部分阻焊膜兼容。其保

存期限为 12 个月。通常可承受 4 至 5 个热循环而不影

响可焊性。无铅 HASL 应该只采用无铅焊料。

无铅 HASL 表面处理方式比锡铅 HASL 更为光滑和平

整（见图 5-4）；然而对于密节距元器件，镀层厚度不

均匀还是个问题。无铅兼容性层压板能承受没有明显

降级和不可接受翘曲（弓曲和扭曲）的涂层工艺。对

任何 HASL 工艺，极薄印制板都是个问题，可能需使

用夹具来解决。

5.3.2　有机可焊性保护（OSP）涂层

　OSP 是一种抗氧化有机化合物涂层（如苯并咪唑化合物），用于覆盖外

露铜表面以防止氧化。OSP 一般是一种水性有机化合物，选择性地与铜键合形成能保护铜并保持其可焊性的有

机金属层。有多种化学材料可供 OSP 使用，常见化学材料如苯并三唑、咪唑和苯并咪唑。

这些涂层一般通过浸渍和喷涂来施加。如果制程受控，两种方法都能实现均匀涂覆。涂层厚度的变化范围可由

较薄（ 0.2

m）变化至相对较厚（0.5

m）。当需要进行多次再流焊循环和／或焊接间隔时间较长时（最多 24小时），

应优先使用较厚 OSP 涂层。

OSP 涂层可与 SMT、BGA 和通孔元器件兼容，但不能进行金属线键合。OSP 涂层与阻焊膜的兼容性通常也不

会是个问题。如果储存合适，表面涂有 OSP 层的印制板其保存期限为 6 至 9 个月。OSP 涂层与锡铅焊料和无

铅焊料均兼容；但在无铅焊接时必须使用针对无铅焊料设计的 OSP 涂层。

平整的 OSP 表面有效地减少了模板印刷和元器件共面性问题。由于 OSP 涂层表面保持着像铜一样的外观（OSP

是透明的），焊膏印刷错误可以通过色差对比的增加而更容易辨别。如果使用酒精或其它溶剂洗掉错印的焊膏，

同样也会清洗掉 OSP 层，这会增加铜氧化的风险从而影响可焊性。这种情况下的印制板如必要重新涂覆涂层。

不建议对印制板进行清洗或擦拭，而应该根据 IPC-7526 的要求进行处理。

OSP 涂层有一些潜在的工艺问题。由于多次再流焊循环后 OSP 层会退化，波峰（或选择性）焊接时完全填充

通孔可能很难实现，特别是使用免清洗助焊剂的情况。建议在氮气氛围中进行再流焊接以限制 OSP 退化的程

度。这种方法可减少在波峰焊接时通孔填充发生问题的风险。波峰焊接时在锡炉上方保持氮气氛围也是一个好

的方案。在再流焊过程中，焊膏应该覆盖整个连接盘表面以避免在靠近边缘的连接盘出现退润湿外观；尽管这

只是外观现象，却常常会引起问题。由于探针刺穿 OSP 涂层有一定困难，因此 ICT 可能会存在问题；测试连

接盘应该有焊料覆盖（再流焊接或波峰焊接）以提供理想的接触面。

5.3.3　贵金属涂层

5.3.3.1　化学镀镍 / 浸金（ENIG）

　ENIG 表面处理是在印制板外露铜的表面上，先沉积一层镍层，随后沉积

一层薄的金保护层。浸金的薄层通过阻止高活性的镍表层氧化以保持其可焊性。镀镍层的出现使得在多次再流

焊、波峰焊接和手工焊等循环期间，给镀覆孔孔壁提供了额外的强度。IPC-4552 是一份关于 ENIG 涂层很有价

值的参考文件。

ENIG 与 SMT、BGA 和通孔元器件可兼容。不认为 ENIG

处理的表面是金属线可键合的表面。使用 ENIG 镀层

的印制板的保存期限为 12 个月。通常来说它可以承受 4 至 5 个加热循环而不影响可焊性。ENIG 与锡铅和无

铅焊料均兼容，其形成的平整表面可以减少模板印刷和元器件共面性问题。

图 5-4　热风焊料整平（HASL）表面拓扑结构比较

A– 无铅

B– 锡铅

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ENIG 可采用多种化学方法进行，取决于使用的化学物

质，其导致的结果可能会不同。另外，所使用化学物质和

工艺可能会与某些阻焊膜不兼容。在化学镀镍工艺中使用

的还原剂含有磷或硼。在化学镀镍还原沉积镍的过程中，

磷或硼都会结合在镍沉积中。应该控制这些共沉积元素的

含量水平在规定的范围内。磷或硼超出规定限值过多，可

能会对可焊性和焊点可靠性产生负面影响。图 5-5 显示了

ENIG 结构。许多厂商已成功运用 ENIG。然而，当 BGA

使用 ENIG 表面处理时，有时结果不可预测。有两种常见

的失效模式。

1）第一种失效模式是被称为“黑焊盘”的不润湿或退润

湿情况。图 5-6 展示了由黑焊盘的失效而引发的裂纹位

置。这种失效介于镍和镍锡之间的金属间化合物中（不

是在焊球与镍锡金属间化合物之间）。

2）第二种失效模式是与机械应力有关的界面断裂

，这种

失效会发生在 BGA 焊球和镍锡金属间化合物之间。

图 5-6 强调了这两种失效模式的差异以及它们出现的

位置。

研究表明，“黑焊盘”是由于在浸金电镀工艺时化学镍镀层

的过度攻击（过度腐蚀）造成的。当它们以金属金的形式

析出时，电镀液中的金离子吸引金属镍表面电子；作为交

换，镍离子被释放到电镀槽中。由于某种微结构特征（例

如晶粒边界和涉及的电化学），这种置换并不会一直局限在

某一处发生，即金元素的沉积区域与镍离子的释放区域并

不一定会相同。这种工艺可能的后果是所选的镍特征会被

侵蚀，而留下与焊料键合薄弱的粗糙的富磷层。受此影响的

焊点不会与印制板形成稳健的机械连接，因此焊点受到相对

较小的外力作用会失效，暴露的连接盘上没有或很少有焊料

遗留。连接盘上暴露的镍表面是光滑的，外观颜色从灰色变

到黑色，这是术语“黑焊盘”的由来（见图 5-7 和 5-8）。

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图 5-5　化学镀镍 / 浸金（ENIG）结构说明

A– 清洁并微蚀刻的铜表面

B– 化学镀镍 5

C– 浸金 0.05

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图 5-6　镍与镍锡金属间化合物层之间的显示有裂

纹黑焊盘断裂

A– 镍与 IMC 层之间的黑

焊盘裂纹界面

B– 焊球与 IMC 层之间的

界面断裂（过应力）

C– Cu

D– Ni

E– 裂纹

F– 镍锡金属间化合物

G–BGA 焊球

H– 焊料

I– Ni-P

图 5-7　黑焊盘表面典型的龟裂外貌

A 和 B – 显微镜视图 C – 表面视图

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电子扫描显微（SEM）分析可明显看到类似“龟裂”

的镍结节状结构。能量色散 X 射线光谱仪的分析显示

高含量的磷和镍以及低含量的锡。出现“黑焊盘”的情

况其实并不十分普遍，无需因此反对 ENIG 作为表面处

理。使用这种表面处理的印制板组装厂应该了解这个潜

在问题，学会如何识别并采取纠正措施。

分析表明即便没有出现过度侵蚀，在高级别应变／应变

率作用下，焊点的界面断裂也会发生于镍 - 锡金属间化

合物层和 BGA焊球之间。实验室中各种试验包括弯曲、

机械冲击和热循环等试验条件下已看到有失效发生。数

据表明增加应变率可将失效模式转移为焊点的界面断

裂。因此如果应变率足够高，即使应变减小也有可能发

生界面断裂。没有行业规范对已组装 BGA（在各种表

面处理的印制板上）进行机械强度的定量评估。

5.3.3.2　电解镀镍 / 电镀金

　电解镍 / 电镀金表面处理

与 ENIG 类似，但有不同的晶粒结构，且不会出现“黑

焊盘”焊点断裂。电解镀镍 / 电镀金工艺在图形电镀之

后且常在阻焊膜施加之前，因此会带来表面污染的某

些风险。在电解镀镍 / 电镀金上施加阻焊膜，与其它

表面处理相比，表现为较低的阻焊膜附着力，这会导

致 BGA 组装时的问题，尤其是在返工时。如果覆盖在

BGA 连接盘和导通孔之间的线条上阻焊坝脱落，焊料

就会从连接盘流入导通孔，导致焊料不足或焊点开路。

另一个关心的问题是很难控制整块印制板上镀金层的厚

度。金层可能会过薄（如在密集电路区域）或过厚（如

在孤立电路区域）。后者的情况可能会因为焊点中金含

量过高（>3%）而引起金脆。金脆会造成脆弱的焊点连

接并最终引起失效（见图 5-9）

电解镀镍 / 电镀金印制板的保存期限为 12 个月。它可

与 SMT、BGA 和通孔元器件兼容并可进行金属线键合。

通常来说，它可承受 4 至 5 个加热循环而不影响其可焊

性，它与锡铅和无铅焊料兼容，其平整的表面可减少模

板印刷和元器件共面性问题。

5.3.3.3　化学镍 / 化学钯 / 浸金（ENEPIG）

　除了钯层

放置于化学镍层和浸金层之间，化学镍化学钯 / 浸金

（ENEPIG）与 ENIG 类似。图 5-10 显示了 ENEPIG 的

结构。为了使焊点的可靠性最佳，钯层厚度应该小于

0.3

m。钯层位于镍和金层之间而形成隔离，以防止镍

层的氧化以及镍层和金层之间的相互渗透。在长期储存

或过多次数的再流焊循环暴露后，这两种机制会导致不

良的金属线键合。

图 5-8　浸金表面下大面积区域的黑焊盘，其严重

的腐蚀刺穿富磷层进入富镍层

A–

磷层 C– Pd

B– Ni D– Cu

图 5-9　金脆

A – 金铜锡金属间化合物

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图 5-10　化学镍 / 化学钯 / 浸金（ENEPIG）结构说明

A– 清洗并微蚀刻后的铜表面

B– 化学 Ni 5

C– 化学 Pd 0.06

D– 浸金 0.03