工艺与材料张勇强可焊性的优劣分析

工艺与材料张勇强可焊性的优劣分析

2018 年 4 月 第 2 期 机电元件 ELECTＲ . 38 第 2 期 2018 年 4 月 收稿日期: 2018-01-10 工艺与材料 几种底层镀镍对镀金件可焊性及焊接强度的影响 张永强，商继飞 （四川华丰企业集团有限公司，四川 绵阳 ） 摘要：镀金底层中镍合金的比例和晶体结构对镀金件经高温蒸汽老化后的可焊性有明显的影响。可焊性的好坏是以锡焊料对镀金件的润湿能力来评价的。良好的可焊性并不意味着焊点的机械强度可以抵抗机械和热应力的破坏。 以不同磷含量作为底层的镀金件焊接时，随着锡焊过程中扩展程度的变化，会形成不同复杂程度的非均质多元多晶相结构，使焊点的拉伸强度不同程度降低。薄的高磷镍与低应力镍界面在回流过程中极易形成焊料脆性裂纹。足够长的焊接时间可以恢复焊点的结合强度。本文系统地比较了镀金/锡底镀层镍层选择与钎焊性能的关系。关键词：镍磷合金；镀金底镀层；镀金件；可焊性；IMC；焊接强度 Doi: 10. 3969/j. issn. 1000-6133. 2018. 02. 005 中图分类号：TN784 文献标识码：A 文章编号：1000-6133(2018)02-0017-101 引言 锡焊是最基本的电子组装工艺。

无论是通板波峰焊、回流焊，还是表面贴装回流焊，以及用烙铁焊接，对元器件的可焊性和焊点的机械强度、抗机械和热应力冲击性能都有明确的要求，以保证机电设备的长期可靠使用。焊接过程虽然不长，但涉及极其复杂的冶金变化，金属特别是镀层与焊料的相互作用和结果直接影响焊点的可焊性和机械强度、抗应力冲击性能，需引起高度重视。2 镍及镍磷合金镀层在电子元器件中的应用2.1 镍及镍合金作为镀金或镀锡底层的应用在电子元器件中，镀金和镀锡一般都采用镍或镍合金作为底层，以提高产品的耐环境腐蚀性能或可焊性，以及插拔接触的可靠性。镀层中镍的质量比例小于99%，一般称为镍合金。 常用的底镍层有低应力镍、半光亮镍、光亮镍等，近二十余年来低磷或中磷高温镍、高磷镍得到广泛应用，纳米镍钨合金也正在推广。镍磷镀层可用化学镀或电镀沉积的方法获得。在PCB及倒装芯片上使用ENIG即化学镀镍/沉金工艺已有悠久历史，其底镍层为化学镀镍磷合金。为防止黑焊盘现象，前几年采用的工艺为化学镀镍/化学镀钯/沉金。在PCB领域，镍磷合金及其在产品组装和使用过程中的性能研究得比较好。但在连接器领域，无论是化学镀镍磷还是电镀镍磷，应用并不广泛。

20世纪80年代以来，随着电子信息产品的广泛需求，芯片封装框架与电子模块化功能器件之间的连接点成倍增加，基于降低成本不降低可靠性的研究，开发出钯镍/金替代金，广泛应用于封装框架和电子接插件。20世纪90年代以来，为解决高温回流焊时锡镀层变色问题，高温镍/锡工艺体系逐渐被应用。高温镍是镍磷合金，磷含量约为3%。2005年前后，在铜基板上镀上高磷镍/闪金，因其抗腐蚀能力强，且高温老化、蒸汽老化后的可焊性远优于普通镍/闪金，因此被用来替代镍/厚金工艺。