一、现象描述

      某公司从美国CMD购进一批ESD器件，在某通信终端产品组装再流焊接中，虚焊比例非常高，如图1所示。

图1

二、原因分析

      对焊点沿引脚纵向的金相切片SEM分析，其形貌代表性照片如图1.32所示。从图2中可见：ESD引脚表面润湿性差（θ＞90°），引脚与焊料界面上未见生成IMC。

图2

      纵向切片显示了主要判断位润湿性明显不良，焊料沿两侧壁爬升高度远小于25%的引脚厚度，如图3所示。

图3

      再流焊接过程中冶金反应进行得是否充分，表现在IMC层的形成上。在界面上是否形成了合适厚度的IMC层（对Cu-Sn/IMC通常要求为2～4μm；EDIG Ni/Au/IMC为1～2μm），这是判断焊点是否虚焊的判据。

      图4为CMD（ESD）器件再流焊接后焊点做IMC分析的金相切片。图中在PCB焊盘侧的界面上可以明显看到IMC层，而在ESD引脚侧的界面上未见到IMC。

图4

      引脚材料及镀层结构，在Cu基材上涂覆Ni-Pd–Au做防护层。

      由此得出引脚表面可焊性不良，属器件供方的质量问题。

三、机理分析

      本案例涉及的ESD引脚镀层为ENIG Ni/Pd/Au，化学浸Pd是元器件引脚的理想Cu-Ni保护层。

1. Pd的特性

      Pd可直接镀在Cu或Ni上，因Pd有自催化能力，其镀层可以增厚（可达0.08～0.2μm）。Pd镀层耐热性高、稳定、能经受多次热冲击。Pd的化学性质不活泼，常温下在空气和潮湿环境中稳定。Pd耐硫化氢腐蚀，常温下表面不晦暗。氢氟酸、高氯酸、磷酸、醋酸在常温下不腐蚀Pd，但盐酸、硫酸、氢溴酸可轻微腐蚀Pd。硝酸、氯化铁、次氯酸盐和湿的卤素会快速腐蚀Pd。

2. ENIG Ni/Pd/Au镀层特点

      Cu基材上的ENIG Ni/Pd/Au可以根除ENIG Ni/Au外的黑盘问题。在组装焊接中，对Ni/Pd/Au镀层来说，当Au镀层与熔化焊料接触后，Au熔化后融入焊料中形成AuSn4等金属化合物。而熔融的焊料不与Pd形成化合物，它只能极缓慢地融入焊料并稳定地漂浮在焊料表面。

      Pd镀层可焊性差，只有当Pd层的Pd融入焊料后，焊料中的Sn才能与底层的Ni发生冶金反应，从而生成Ni3Sn4的IMC。

      对常用的免清洗焊膏来说，要在再流焊接的有限时间内将其融入熔融的焊料中谈何容易。因而，这是导致本案例在再流焊接中大面积发生虚焊的根源所在。

四、解决措施

      1. 选用与ENIG Ni/Pd/Au镀层再流焊接匹配性好的焊膏（如由CMD公司提供的在美国与ESD器件配套使用的ALPHA OL213焊膏）是解决问题的主要途径。

      2.选用其他镀层（如Ni/Sn镀层）的器件取代ENIG Ni/Pd/Au镀层的器件。