一、現象描述

      某公司從美國CMD購進一批ESD器件，在某通信終端產品組裝再流焊接中，虛焊比例非常高，如圖1所示。

圖1

二、原因分析

      對焊點沿引腳縱向的金相切片SEM分析，其形貌代表性照片如圖1.32所示。從圖2中可見：ESD引腳表面潤濕性差（θ＞90°），引腳與焊料界面上未見生成IMC。

圖2

      縱向切片顯示了主要判斷位潤濕性明顯不良，焊料沿兩側壁爬升高度遠小于25%的引腳厚度，如圖3所示。

圖3

      再流焊接過程中冶金反應進行得是否充分，表現在IMC層的形成上。在界面上是否形成了合適厚度的IMC層（對Cu-Sn/IMC通常要求為2～4μm；EDIG Ni/Au/IMC為1～2μm），這是判斷焊點是否虛焊的判據。

      圖4為CMD（ESD）器件再流焊接后焊點做IMC分析的金相切片。圖中在PCB焊盤側的界面上可以明顯看到IMC層，而在ESD引腳側的界面上未見到IMC。

圖4

      引腳材料及鍍層結構，在Cu基材上涂覆Ni-Pd–Au做防護層。

      由此得出引腳表面可焊性不良，屬器件供方的質量問題。

三、機理分析

      本案例涉及的ESD引腳鍍層為ENIG Ni/Pd/Au，化學浸Pd是元器件引腳的理想Cu-Ni保護層。

1. Pd的特性

      Pd可直接鍍在Cu或Ni上，因Pd有自催化能力，其鍍層可以增厚（可達0.08～0.2μm）。Pd鍍層耐熱性高、穩定、能經受多次熱沖擊。Pd的化學性質不活潑，常溫下在空氣和潮濕環境中穩定。Pd耐硫化氫腐蝕，常溫下表面不晦暗。氫氟酸、高氯酸、磷酸、醋酸在常溫下不腐蝕Pd，但鹽酸、硫酸、氫溴酸可輕微腐蝕Pd。硝酸、氯化鐵、次氯酸鹽和濕的鹵素會快速腐蝕Pd。

2. ENIG Ni/Pd/Au鍍層特點

      Cu基材上的ENIG Ni/Pd/Au可以根除ENIG Ni/Au外的黑盤問題。在組裝焊接中，對Ni/Pd/Au鍍層來說，當Au鍍層與熔化焊料接觸后，Au熔化后融入焊料中形成AuSn4等金屬化合物。而熔融的焊料不與Pd形成化合物，它只能極緩慢地融入焊料并穩定地漂浮在焊料表面。

      Pd鍍層可焊性差，只有當Pd層的Pd融入焊料后，焊料中的Sn才能與底層的Ni發生冶金反應，從而生成Ni3Sn4的IMC。

      對常用的免清洗焊膏來說，要在再流焊接的有限時間內將其融入熔融的焊料中談何容易。因而，這是導致本案例在再流焊接中大面積發生虛焊的根源所在。

四、解決措施

      1. 選用與ENIG Ni/Pd/Au鍍層再流焊接匹配性好的焊膏（如由CMD公司提供的在美國與ESD器件配套使用的ALPHA OL213焊膏）是解決問題的主要途徑。

      2.選用其他鍍層（如Ni/Sn鍍層）的器件取代ENIG Ni/Pd/Au鍍層的器件。