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PCBA大講堂:零件掉落與電路板鍍金厚度的關(guān)系

發(fā)布時(shí)間 :2016-07-23 10:29 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
零件掉落與電路板鍍金厚度的關(guān)系
最近我們公司的SMT代工廠電路板的生產(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SMT后作整機(jī)組裝時(shí)發(fā)現(xiàn)有零件掉落的問題,一開始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,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)膯栴}時(shí),所以就看SMT代工廠與電路板生產(chǎn)廠兩邊來來回回的打了好幾回合的仗,這邊說是黑墊的問題,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);這邊說鍍金層太薄小于1.0µ",那邊又辯說金層在焊錫中是沒有太多用處的…等,可是卻沒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)來一起開會(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都沒有發(fā)現(xiàn)到問題,而且檢查了有問題及之前沒有問題的電路板組裝后,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Sorting(挑選)良品及不良品,不過作過推力的零件需要再手焊一次以確保零件沒有因?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的一批產(chǎn)品先作100%的插拔測試,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%的插拔測試并抽2臺(tái)作推力測試。這可是大工程?。?/div>
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,大概就可以知道問題出在哪里了:
? 如果零件腳上根本就沒沾錫,那肯定是零件腳氧化或是錫膏不良所引起。
? 如果根本就沒有長成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的長成有沒有問題,假設(shè)設(shè)計(jì)上沒有問題而IMC長成不好,則可能是Reflow溫度不足…等問題。
? 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多。如果富磷層明顯而且過厚就會(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題的板子,然后在有零件掉落的焊墊與零件沒有掉落的焊墊上作切片,另外再拿一片之前生產(chǎn)沒有問題的板子,在現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)零件掉落的焊墊上作切片。
說明 切片圖片
這是拿有問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似乎沒有長成完全,似乎依稀還可以看到AuSn及AuSn2還未來得及逸走的痕跡(沒有打元素成份,個(gè)人不太敢確定)。
電子制造,深圳宏力捷(ramachandranm.com)問題板切片
這是拿有問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長成正常,金層也完全融入了焊錫當(dāng)中。
電子制造,深圳宏力捷(ramachandranm.com)問題板切片
拿以前沒有問題的板子 
切片檢查同一個(gè)零件掉落的位置,發(fā)現(xiàn)IMC長成也是正常。
電子制造,深圳宏力捷(ramachandranm.com)良品板切片
 
經(jīng)過連續(xù)幾天的追蹤討論下來,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)持沒有鎳層腐蝕,而是鎳層氧化(Ni oxidization)造成,雖然依稀覺得電路板廠商沒有把全部的真相說出來,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題,而且在其某條金槽的管控上發(fā)現(xiàn)了些許問題,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當(dāng)參考就好,如果有電路板的專家路過的話,請不吝提供意見。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^程中是不起反應(yīng)的元素;但是金層如果太薄,就無法完全覆蓋住鎳層,存放的時(shí)間一久要再拿出來焊接,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)超過了一年,著實(shí)有些擔(dān)心,老實(shí)說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。
這次出問題的板子大概放了三個(gè)月,不過有問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的方框來作為量測的基淮,但這次出問題的焊墊實(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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