5．引脚可焊性镀层对焊接可靠性的影响

1）Au镀层

（1）镀层特点。该镀层有很好的装饰性、耐蚀性和较低的接触电阻，镀层可焊性优良，极易溶于钎料中。其耐蚀性和可焊性取决于有否足够的镀层厚度及无孔隙性。薄镀层的多孔隙性，易发生铜的扩散，带来氧化问题而导致可焊性变差。而过厚的镀层又会造成因Au的脆性而带来不牢固的焊接头。许多公司将ENIG Ni／Au用做表面涂层，并获得了成功。然而，在将ENIG Ni／Au涂层与BGA结合起来使用时，有时其结果是不可预见的。最近几年出现两种失效模式：

●第一种失效模式是不润湿或半润湿，这种现象被称为“黑色焊盘”；

●第二种失效模式是与机械应力相关的层间开裂。

（2）镀层厚度。焊接用镀金层是24k纯金，具有柱状结构，有极好的导电性和可焊性。其厚度：1级：0．025～0．05μm；2级：0．05～0．075μm；3级：0．127～0．254μm。

2）Ag镀层

（1）镀层特点。Ag在常温下具有最好的导热性、导电性和焊接性，除硝酸外，在其他酸中是稳定的。Ag具有很好的抛光性，有极强的反光能力，高频损耗小，表面传导能力高。然而，Ag对S的亲和力极高，大气中微量的S（H2S、SO2或其他硫化物）都会使其变色，生成Ag2S、Ag2O而丧失可焊性。Ag的另一个不足是Ag离子很容易在潮湿环境中沿着绝缘材料表面及体积方向迁移，使材料的绝缘性能劣化甚至短路。

（2）化学镀Ag。化学镀Ag层既可以焊接，又可“绑定”（压焊），因而普遍受到重视。化学镀Ag层本质上也是浸Ag。Cu的标准电极电位为φ oCu＋／Cu＝0．51V，而Ag的标准电极电位为φ oAg＋／Ag＝0．799V，因而Cu可以置换溶液中的Ag离子而在Cu表面生成沉积的Ag层。

3）Ni镀层

（1）镀层特点。Ni有很好的耐蚀性，在空气中容易钝化，形成一层致密的氧化膜，因而它本身的焊接性能很差。但也正是这层氧化膜使它具有较高的耐蚀性，能耐强碱，与盐酸和硫酸作用缓慢，仅易溶于硝酸。焊接件镀Ni主要是防止底层金属Cu向表层Au层扩散。实际上它是充当一层阻挡层，故要求镀Ni层的应力要低，并且与Cu和Au层之间结合力要好。

（2）镀层厚度。Ni镀层分下述两种。

●半光亮Ni：又称低应力Ni或哑Ni，低应力Ni宜于焊接或压接，通常作为板面镀金的底层；

●光亮Ni：做插头镀金的底层，根据需要也可作为面层，光亮Ni层均匀、细致、光亮，但不可焊。镀Ni层应具有均匀致密、孔隙率低、延展性好的特点，用于焊接和压接时适宜采用低应力Ni。镀层厚度（IPC－6012规定）：不低于：2～2．5μm。打底：1级 2．0μm；2级 2．5～5．0μm；3级 ≥5．0μm。4）Sn镀层Sn不仅怕冷，而且怕热。在温度低于13．2℃时发生相变，由β相（白锡）演变为α相（灰锡），即发生锡瘟现象。而在161℃以上时，白锡又转变成具有斜方晶系结构的斜方锡。斜方锡很脆，一敲就碎，展性很差，叫做“脆锡”。白锡、灰锡、脆锡是锡的3种同素异性体。

（1）镀层特点。镀Sn在钢铁上属于阴极镀层，只有其镀层无孔隙时，才能有效地保护钢铁免受腐蚀。不同的工艺方法获得的镀层，其焊接性能也是不同的，如表2所示。表2

镀暗Sn层外观呈无光泽的灰白色，其焊接性能比光亮镀Sn层好，但它不能抵抗手汗渍的污染。镀暗Sn层经热熔后，其可焊性最好，抗手汗渍污染能力也大为提高。光亮镀Sn层焊接性能好，且在工序传递及储存过程中有很好的抗手汗渍和其他污染的能力。但由于有机添加剂的存在，在加热时会放出气体，造成焊缝中出现气泡、裂口等缺陷，影响焊点的可靠性。

（2）镀层厚度。Sn容易与Cu生成金属间化合物，这种金属间化合物可焊性不良。但一定量的金属间化合物是润湿的标志。故Sn镀层中应该有一部分用于金属间化合物的生成，而镀层的表面为氧化膜所占用，剩余部分才可用于改善可焊性。因此，通常镀Sn层厚度为8～10μm。

5）Cu镀层Cu是一种优良的可焊性镀层，只要它的表面是新鲜的，或者采取了有效的保护而没有氧化或腐蚀。细晶粒的镀层比粗晶粒镀层具有更好的可焊性。

6）Pd镀层化学浸Pd（钯）是元器件引脚的理想Cu－Ni保护层，它既可焊接又可“绑定”（压焊）。可直接镀在Cu上，因Pd有自催化能力，镀层可以增厚，其厚度可达0．08～0．2μm。它也可镀在化学Ni层上。Pd层耐热性高、稳定，能经受多次热冲击。由于Pd价格高于Au，故在一定程度上限制了它的应用。随着IC集成度的提高和组装技术的进步，化学镀Pd在芯片级组装（CSP）上将发挥更有效的作用。

7）SnPb镀层

●SnPb合金镀层在PCB生产中可作为碱性保护层，对镀层要求是均匀、致密、半光亮。

●SnPb合金熔点比Sn、Pb均低，且孔隙率和可焊性均好。只要含Pb量达到2％～3％就可以消除Sn“晶须”问题。

●在PCB上电镀SnPb合金必须有足够的厚度，才能为其提供足够的保护和良好的可焊性。MIL－STD－27513规定，SnPb合金最小厚度为7．5μm。此规定由美国宇航局提出，并得到美国空间工业的公认。英国锡研究所提供的报告中也指出SnPb合金镀层的最薄厚度为7．5μm。

●普通SnPb合金镀层结构是薄片状的，有颗粒状暗色外观，镀层多针孔。这种镀层在加工过程中易变色而影响可焊性。经过热熔（红外热熔或热油（甘油）热熔）后，即可得到光亮致密的涂层，提高了抗腐蚀性，延长了寿命。热熔还可使SnPb合金镀层中的有机夹杂物受热逸出，可减少波峰焊接时气泡的产生。

●热熔时，Cu、Sn间会生成一层薄的金属间化合物，这是润湿所必需的，但其量必须合适，才能确保良好的润湿性，如果量大反而有害。温度越高，时间越长，越有利于金属间化合物的生长，耗Sn就越多，这样就可能造成靠近金属间化合物的钎料层附近出现富铅相，导致半润湿。

8）SnZn镀层Sn、Zn都广泛用于钢铁的防腐蚀上，但它们的防腐蚀机理不一样。Sn是比钢铁更贵的金属，故它是一种阴极镀层，钢铁只有通过Sn镀层的孔隙才能形成腐蚀微电池，故锈蚀出现在孔隙处。Zn是比钢铁更贱的金属，它是通过自身的阳极腐蚀来保护钢铁的。SnZn合金镀层兼备了Sn、Zn两金属的优点，而弥补了它们的缺点。该合金镀层不仅具有很高的耐腐蚀性（75％Sn／25％Zn），可焊性很好（10％Sn／90％Zn），而且不会形成“晶须”。

镀层为银白色，具有镜面光泽，成本低，在电子产品中可用于代替Ag镀层。

9）镀SnCe合金镀锡层有生长晶须的危险，其倾向随Sn浓度的提高、内应力的增加而增加。Sn还有结构变异，低温产生锡瘟。Sn与Cu有互相渗透生成Cu6Sn5合金扩散层的倾向，过厚的合金层熔点高而脆，影响可焊性。SnCe合金所得到的镀层亮度高，抗蚀，改善可焊性，能细化晶粒，改善镀层。然而在镀层中还几乎测不到Ce。这种镀层能防止基体Cu与Sn的相互扩散，镀层化学稳定性好，抗氧化能力强，可焊性稳定。

10）其他无氟、无Pb的Sn基合金无Pb合金的可焊性镀层已投入生产的有Sn／Cu（Cu0．3％），用于电子引线电镀可获得光亮和半光亮镀层。几种无Pb镀层的性能比较如表3所示。表3