最近我們公司的
SMT代工廠及
電路板的生產(chǎn)廠商一直在吵 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 板子的鍍金厚度規(guī)格，原因是
EMS工廠最近生產(chǎn)了一批ENIG的板子，經(jīng)過(guò)SMT后作整機(jī)組裝時(shí)發(fā)現(xiàn)有零件掉落的問(wèn)題，一開(kāi)始
SMT工廠強(qiáng)烈認(rèn)定是黑墊(Black pad)所造成，因?yàn)閺耐庥^看起來(lái)，在零件掉落處的焊墊呈現(xiàn)出黑墊的顏色，而且大部份的焊墊也都隨著零件整個(gè)掉落而連接在零件腳上，推想可能掉落處在化鎳(Electroless Nickel)層或富磷(P-rich)層位置。
其實(shí)我們公司的產(chǎn)品是外包給專(zhuān)業(yè)代工廠生產(chǎn)的，所以生產(chǎn)的品質(zhì)代工廠當(dāng)然得負(fù)責(zé)，不過(guò)外包作業(yè)有時(shí)候就是會(huì)有許多扯不清楚的地方，尤其是關(guān)系到責(zé)任的歸屬與賠償?shù)膯?wèn)題時(shí)，所以就看SMT代工廠與
電路板生產(chǎn)廠兩邊來(lái)來(lái)回回的打了好幾回合的仗，這邊說(shuō)是黑墊的問(wèn)題，因?yàn)樽隽饲衅蛄薊DX/SEM，認(rèn)為磷（P）的含量有點(diǎn)偏高，那邊說(shuō)他們也做了切片也打了EDX/SEM，可是磷（P）的含量應(yīng)該在正常的范圍內(nèi)；這邊說(shuō)鍍金層太薄小于1.0µ"，那邊又辯說(shuō)金層在焊錫中是沒(méi)有太多用處的…等，可是卻沒(méi)有一方真正用心去做切片然后分析零件究竟是從哪一個(gè)層面剝離？是IMC長(zhǎng)成不好？是溫度加熱不足造成焊錫不良？是鎳層(EN, Electroless Nickel)氧化造成焊接強(qiáng)度變?nèi)酰?/div>
弄到后來(lái)我們公司的貨出不出去，最后還是得自己跳下去作仲裁，把雙方人馬通通抓進(jìn)來(lái)一起開(kāi)會(huì)！
首先當(dāng)然就是要了解現(xiàn)狀，先確定零件掉落只有發(fā)生在后段產(chǎn)品整機(jī)組裝(Box Build)的時(shí)候，因?yàn)檎麢C(jī)組裝的時(shí)候需要插拔零件，前面的SMT及ICT都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)到問(wèn)題，而且檢查了有問(wèn)題及之前沒(méi)有問(wèn)題的電路板組裝后，發(fā)現(xiàn)良品的電路板零件可以承受到6～8Kg-f的推力不會(huì)掉落，而不良品的電路板只要推到2Kg-f以下零件就掉落了。
所以短期措施可以先用推力的方式來(lái)Sorting(挑選)良品及不良品，不過(guò)作過(guò)推力的零件需要再手焊一次以確保零件沒(méi)有因?yàn)閳?zhí)行推力而引起細(xì)微的焊點(diǎn)龜裂；至于已經(jīng)整機(jī)組裝好的完成品，可就傷腦筋了，我們最后決定以最后入庫(kù)的一批產(chǎn)品先作100％的插拔測(cè)試，然后按AQL0.4拆機(jī)檢查零件推力，其他的批量則以棧板為單位，作100%的插拔測(cè)試并抽2臺(tái)作推力測(cè)試。這可是大工程啊！
接著推敲里清零件掉落的真因，其實(shí)零件掉落不外乎上面提到的幾個(gè)可能性，先檢查零件斷裂在什么地方，大概就可以知道問(wèn)題出在哪里了：
? 如果零件腳上根本就沒(méi)沾錫，那肯定是零件腳氧化或是錫膏不良所引起。
? 如果根本就沒(méi)有長(zhǎng)成IMC，那reflow熱量應(yīng)該不足。
? 如果是斷裂在IMC層的表面，就要看IMC的長(zhǎng)成有沒(méi)有問(wèn)題，假設(shè)設(shè)計(jì)上沒(méi)有問(wèn)題而IMC長(zhǎng)成不好，則可能是Reflow溫度不足…等問(wèn)題。
? 如果斷裂處發(fā)生在IMC與鎳層之間，可以檢查富磷層是否明顯，建議一定要打元素分析看看是否含磷量是否過(guò)多。如果富磷層明顯而且過(guò)厚就會(huì)影響到日后的可靠性，也會(huì)引起結(jié)構(gòu)不足的現(xiàn)象；另外也可能是鎳層氧化造成焊接強(qiáng)度不足。
下面的圖片拿取了有問(wèn)題的板子，然后在有零件掉落的焊墊與零件沒(méi)有掉落的焊墊上作切片，另外再拿一片之前生產(chǎn)沒(méi)有問(wèn)題的板子，在現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)零件掉落的焊墊上作切片。
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說(shuō)明 |
切片圖片 |
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這是拿有問(wèn)題的板子作切片零件掉落焊墊的圖片。
可以很明顯看出零件掉落焊墊的IMC似乎沒(méi)有長(zhǎng)成完全，似乎依稀還可以看到AuSn及AuSn2還未來(lái)得及逸走的痕跡（沒(méi)有打元素成份，個(gè)人不太敢確定）。
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這是拿有問(wèn)題的板子作切片其他零件未掉落焊墊的圖片。
發(fā)現(xiàn)其他零件焊墊上的IMC長(zhǎng)成正常，金層也完全融入了焊錫當(dāng)中。
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拿以前沒(méi)有問(wèn)題的板子
切片檢查同一個(gè)零件掉落的位置，發(fā)現(xiàn)IMC長(zhǎng)成也是正常。
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經(jīng)過(guò)連續(xù)幾天的追蹤討論下來(lái)，真相好像也漸漸有了眉目，我們發(fā)現(xiàn)零件是掉落在IMC與鎳層之間，而且IMC的生長(zhǎng)似乎也有點(diǎn)不足，雙方也都在鎳層中發(fā)現(xiàn)了O(氧)的成份，雖然一方還是堅(jiān)持有鎳層腐蝕(Ni Erosion)的黑墊可能性，另一方則堅(jiān)持沒(méi)有鎳層腐蝕，而是鎳層氧化(Ni oxidization)造成，雖然依稀覺(jué)得電路板廠商沒(méi)有把全部的真相說(shuō)出來(lái)，但至少電路板廠商已經(jīng)初步承認(rèn)其電路板的制程有些問(wèn)題，而且在其某條金槽的管控上發(fā)現(xiàn)了些許問(wèn)題，也愿意吸全部收損失，所以我們也不再繼續(xù)往下扒糞。
只是鎳層腐蝕(Nickel erosion)與鎳層氧化(Ni oxidation)在金層厚度的控制上似乎剛好顛倒，或許是深圳宏力捷的認(rèn)識(shí)還不足吧！
深圳宏力捷在這里的意見(jiàn)當(dāng)參考就好，如果有電路板的專(zhuān)家路過(guò)的話，請(qǐng)不吝提供意見(jiàn)。依據(jù)IPC4552的要求一般化金層的厚度建議在2µ"～5µ"，化學(xué)鎳層在3µm(118µ")～6µm(236µ")。不過(guò)金層要越薄越好，以免造成金脆與反向腐蝕，因?yàn)椤附稹乖诤附舆^(guò)程中是不起反應(yīng)的元素；但是金層如果太薄，就無(wú)法完全覆蓋住鎳層，存放的時(shí)間一久要再拿出來(lái)焊接，就容易出現(xiàn)氧化而有拒焊的現(xiàn)象，所以「金」的目的在這里最主要在防止電路板氧化。至于「鎳」的目的何在？就請(qǐng)參考這篇文章：
電子工業(yè)中零件或電路板鍍鎳的目的何在？
因?yàn)樽罱饍r(jià)飆漲，所以我們公司的ENIG板的鍍層厚度也從原本的最少2.0µ"下降到1.2µ"以上就可以了，也就是說(shuō)金層厚度已經(jīng)薄到不能再薄了，再加上板子有時(shí)候一放就是三個(gè)月～半年，有些還會(huì)超過(guò)了一年，著實(shí)有些擔(dān)心，老實(shí)說(shuō)我們還在密切觀察這樣的金層厚度會(huì)不會(huì)有什么副作用出現(xiàn)，不過(guò)上面的老板既然已經(jīng)答應(yīng)供應(yīng)商且決定如此，我們也只能等著看。
這次出問(wèn)題的板子大概放了三個(gè)月，不過(guò)有問(wèn)題板子的金層厚度大約只有1.0µ"左右或更薄，根據(jù)電路板廠商最后回答的8D報(bào)告結(jié)論，是因?yàn)槠潆娐钒宓慕饘雍穸瓤刂剖且?mmx2mm的方框來(lái)作為量測(cè)的基淮，但這次出問(wèn)題的焊墊實(shí)際上比起這個(gè)尺寸可就大多了，所以這里的焊墊金層厚度并沒(méi)有受到管控，造成有些板子的浸金厚度不足，至使部份板子的鎳層氧化，最后形成焊接強(qiáng)度不足的現(xiàn)象。以上是電路板供應(yīng)商的部份回答，個(gè)人還是有些疑慮未清啦。
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