【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第56页
超越 了 历史 高点 ， 贵金属涂层 仍被越 来 越 多地 用于印制 电路 板 表面 处理 ， 因 此 贵金属涂层 的 成本通 常 高于其它涂层 。 5.3.3.1 化学 镀 镍 / 浸 ⾦（ EIG ） 化 学 镀镍 / 浸 金 表面 处理 是 在 印制 电路 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 …
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要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
共面度问题。由于OSP涂层表面保持着像铜一样
的外观（OSP涂层是透明的），焊膏印刷错误可
以通过增加的色差对比而更容易辨别。如果使
用酒精或其它溶剂洗掉PCB上错印的焊膏，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。但是如果有必要，这样的板可
以重新涂覆涂层。不建议对OSP电路板进行清洗
或擦拭，而应根据IPC-7526的做法进行处理。
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，波峰焊接时通孔的完全
填充可能会很难实现，特别是使用免清洗助焊剂
的情况。在氮气氛围中进行再流焊接
是限制OSP
退化程度的一个好方法。这种方法可以减少在
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湿润
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
在线测试可能会
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 由于RoHS指令中强制要求
消除电子焊料中的铅，即使某些金属的价格已
表5-2 各种表⾯处理板⼦的关键属性
HASL
锡铅/锡铜 OSP 化学镀镍/浸⾦电解镍/电镀⾦ 浸银 浸锡
存贮寿命
操作适当
1年 6–9个月 1年 1年 6–9个月 6个月
操作 正常 避免物理接触 正常 正常 避免物理接触 避免物理接触
SMT连接盘表面图形半球形/不平平整平整平整平整平整
多次再流循环（2X）
后的可焊性
好好好好好好
多次再流循环（2X）
后的孔填充
好
两次再流后可能
有问题
好好好
两次再流后可能
有问题
厚印制板上使用
不用。通孔难于
填充和清除
可用
镍改进通
孔
可靠性
镍改进通孔
可靠性
可用 可用
薄印制板上使用
不用，易发
生翘曲
可用 可用 可用 可用 可用
焊点可靠性 好好
BGA“黑焊盘”
问题
金脆问题
平面微通孔问题 好
零星脆性断裂失效
卡边缘接触 额外电镀作业 额外电镀作业 额外电镀作业
不需额外电镀作
业
额外电镀作业 额外电镀作业
金属线键合 不用 不用 不
用 不用用不用
测试点探测 好
不好，除非组装
过程中上焊料
好好好好
组装后露铜 不会
会，沿连接
盘边缘
不会 不会 不会 不会
开关/触点 不用 不用用用用不用
PCB制造时的废物处
理和安全性
差/一般 好 一般 一般 好好
工艺控制 厚度控制问题 好磷含量问题 金厚度控制问题 好厚度控制问题
电镀层厚度/μm 0.38 – 0.8 0.2 – 0.5 0.05 – 0.10 0.8 – 2.5 0.07 – 0.10 1.0 – 1.3
总成本比较 1.0 0.4 – 0.6 2.0 – 3.0 2.0 – 3.0 1.1 – 1.6 1.0 – 1.5
无铅
锡铅
图5-3 表⾯热风整平（HASL）表⾯拓扑结构⽐较
2013年1月 IPC-7095C-C
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超越了历史高点，贵金属涂层仍被越来越多地
用于印制电路板表面处理，因此贵金属涂层的
成本通常高于其它涂层。
5.3.3.1 化学镀镍/浸⾦（EIG）化学镀镍/浸
金表面处理是在印制电路板外露铜的表面上，
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 化学镀镍/
浸金镀层规范，是一本有价值的参考文件。
EIG与SMT、BGA和通孔元器件可兼容。EIG
处理的表面被认为不是金属线可键合的表面。
使用EIG镀层的印制电路板的保存期限为12个
月。通常来说，它在不影响可焊性的情况下，
可以承受4至5个加热循环。
EIG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
印刷和元器件共面问题。
EIG应用可采用各种化学方法进行，取决于使
用的化学方法，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。在化学镀镍工艺中所使用的还原剂含有
磷或硼。在化学镀镍沉积的镍还原过程中，无
论是磷还是硼会都会结合在镍沉积中。
这些共
沉积元素含量水平应该控制在规定的范围内。
过高的磷或硼的含量，超出规定的范围，可能
会对可焊性和焊点可靠性产生负面影响。
许多厂商已成功运用EIG。然而，当BGA使用
化 学 镀镍/ 浸 金表面处理时，结果有时不可预
测。近几年出现了两种失效模式，第一种失效
模式是被称为“黑焊盘”的不润湿或退浸润情
况。图5-4展示了由黑焊盘相关的
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）。
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5-5举例强调了这两种失效模式
的差异以及它们出现的位置。
从行业协会和个别公司的研究结果表明，“黑
焊盘
”是在浸金镀层工艺时由于化学镍镀层的
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；相应的，镍离子被释放到电镀槽
中。由于某种微结构特征，例如涉及的晶粒边
界和电化学，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
所选的镍区域会被侵蚀，而留下与焊料形成键
合薄弱的粗糙的富磷层。受此影响的焊点不会
与 印制线路 板形成强健 的 机械连接。其结果
是，即使作用相对较小的外力也能使焊点失效，
暴露的连接盘上几乎没有焊料遗留。连接盘上
Cu
Ni
裂纹
镍-锡金属
间化合物
BGA焊球
IPC-7095c-5-4-cn
图5-4 与⿊焊盘相关的断裂，镍与镍-锌⾦属间化合物
层之间的裂纹
裂纹界面
裂纹界面
焊料
镍-锡金属
间化合物
Ni-P
Ni
Cu
(a)
(b)
焊料
镍-锡金属
间化合物
Ni-P
Ni
Cu
IPC-7095c-5-5-cn
图5-5 裂纹位置 a)与⿊焊盘相关的失效和 b)使⽤EIG
表⾯处理的断裂界⾯
IPC-7095C-C 2013年1月
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的暴露镍表面是光滑的，外观颜色从灰色变到
黑色，这是术语“黑焊盘”的由来（见图5-6和
5-7）。由电子扫描显微分析SEM可明显看到类似
于“龟裂”的镍结节状结构。通过EDX能谱仪
的分析，可发现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，无需反对将化学镀镍/浸金用作表面处理。
使用这种表面处理的PCB组装厂应该知道这个
潜在问题，学会如何识别并采取纠正措施。
最近分析表明即便没有出现过度侵蚀，焊点的
界面断裂也是发生于镍-锡金属间化合物层和
BGA焊球之间，或发生在高应变／应变率的条
件下。失效已发生在实验室各种试验条件下包括
弯曲、机械冲击和热循环试验。数据表明增加
应变率可将失效模式转变为焊点的界面断裂。
因此如果应变率足够高，即使应变减少也有可
能发生界面 断裂。目前没有行业规范对已组装
BGA（在各种表面处理的PCB板上）进行机械
强度的定量评估。
5.3.3.2 电解镀镍/电镀⾦ 另外一种镍/金组合
方式为电解镍/电镀金表面处理。这种电镀与之
前提过的相类似，但
有与化学镀镍/浸金不同的
晶粒结构，且不会出现“黑焊盘”焊点断裂现
象。电解镀镍/电镀金工艺在图形电镀之后且大
多在阻焊膜施加之前，因此会带来一些表面污
染的风险。在电解镀镍/电镀上施加阻焊膜，比
其它表面处理阻焊膜附着力低，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线条的阻焊坝脱落
，
焊料就会从连接盘流入导通孔，导致焊料不足
或焊点开路。
电解镀镍/电镀金印制电路板的保存期限为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，它可在不影响可
焊性的情况下承受4至5个加热循环。电解镀镍/
电镀金可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问题。
另一个关心的问题是很难控制整块板上
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。金脆化会造成脆弱的焊点连接并最终引起
失效（见图5-8）
图5-6 ⿊焊盘表⾯典型的龟裂外观
图5-7 具有腐蚀针刺的⼤区域严重⿊焊盘，针 刺穿过
浸⾦表⾯底下的富磷层伸进富镍层
2013年1月 IPC-7095C-C
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