什么是柯肯達爾空洞-深圳福英達
什么是柯肯達爾空洞
關(guān)于ENIG焊盤焊接中柯肯達爾空洞與Ni氧化問題的技術(shù)解析
一、柯肯達爾空洞（Kirkendall Void）的形成機制與影響
不同原子擴散與界面反應(yīng)速率不同
Au溶解與IMC形成：焊接時，ENIG焊盤中的Au層迅速溶解到錫鉛焊料中，與Sn反應(yīng)生成AuSn?金屬間化合物（IMC）。同時，焊料中的Sn與Ni層反應(yīng)生成Ni3Sn4 IMC。
富P層的伴生：由于Ni層中摻雜磷（P），在Ni3Sn4生長過程中，P被排擠至界面附近，形成非晶態(tài)富P層（Ni-P+層）。
空洞形成原因
Ni擴散與晶格失配：Ni原子向焊料中擴散的速度快于Sn原子向Ni層的反向擴散，導(dǎo)致界面處形成原子通量不平衡。這種不平衡在Ni3Sn4與富P層之間引發(fā)微小空洞，即柯肯達爾空洞。（圖1-17）。
圖 1-17 柯肯達爾空洞
溫度依賴性：富P層在低于其自結(jié)晶溫度（如再流焊210℃）時發(fā)生晶化，加劇了空洞的形成。
對焊點可靠性的影響
富P層增厚風(fēng)險：富P層越厚，空洞數(shù)量越多，導(dǎo)致焊縫機械強度下降，甚至引發(fā)開裂。
控制策略：
優(yōu)化Ni層磷含量（通常3-7 wt%），平衡耐蝕性與IMC生長速率。
控制焊接溫度曲線（如峰值溫度、升溫速率），減少Ni過度擴散。
添加微量元素，形成特定的金屬粒子抑制原子擴散。
二、Ni氧化問題與焊接失效
氧化機理
Au層缺陷：若ENIG工藝中Au層過?。?lt;0.05 μm）或儲存時間過長，Ni表面暴露于環(huán)境，發(fā)生氧化生成NiO。
潤濕性喪失：氧化后的Ni層無法被焊料潤濕，導(dǎo)致IMC無法連續(xù)形成，僅殘留Au-Sn團狀I(lǐng)MC（如AuSn?）。
失效表現(xiàn)
界面形貌：焊接界面呈現(xiàn)“島嶼狀”IMC分布，缺乏連續(xù)的Ni3Sn4層（圖1-18）。
圖 1-18 Ni氧化導(dǎo)致的團狀 IMC 及焊點脆斷現(xiàn)象
力學(xué)性能：焊點剪切強度顯著降低，易在熱循環(huán)或振動條件下失效。
預(yù)防措施
工藝控制：
確保Au層厚度≥0.05 μm，避免針孔缺陷。
縮短PCB儲存時間（建議<6個月），控制濕度（<30% RH）。
焊接前處理：
對長期存放的PCB進行等離子清洗或微蝕刻，去除表面氧化物。
采用含潤濕力強的焊膏，增強潤濕性。
三、綜合優(yōu)化建議
材料選擇：
使用低磷含量Ni層（3-5 wt%），平衡耐蝕性與IMC生長速率。
選用無鉛焊料（如SAC305），減少Sn-Pb共晶對IMC生長的催化效應(yīng)。
工藝優(yōu)化：
再流焊溫度曲線：
峰值溫度控制在245-255℃，避免長時間高溫導(dǎo)致Ni過度擴散。
延長200-220℃保溫段，促進IMC均勻生長。
氮氣保護：降低氧含量至<50 ppm，減少Ni氧化風(fēng)險。
檢測與監(jiān)控：
SEM/EDS分析：定期檢測焊接界面IMC厚度（理想值1-3 μm）與空洞率（<5%）。
可靠性測試：進行熱循環(huán)（-55℃~125℃，1000次）與振動測試，驗證焊點壽命。
通過上述措施，可有效抑制柯肯達爾空洞與Ni氧化問題，提升ENIG焊盤在復(fù)雜工況下的可靠性。
-未完待續(xù)-
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