PCB鍍金層硝酸煙霧測試失效機(jī)理分析

1、#Failure cause analysis of nitric acid vapor test for gold finish PCBPCB鍍金層硝酸煙霧測試失效機(jī)理分析Paper Code： A-041陳海峰喬書曉廣州市興森電子有限公司Tel:Fax：E-nkdl： chfchinafastprint com作者簡介：陳海峰 1998年畢業(yè)后一直從爭PCB工藝技術(shù)及骨理工作.現(xiàn)任廣州市 興森電子有限公司研發(fā)工藝部經(jīng)理。喬書曉.畢業(yè)于電子科技大學(xué).一直從1IPCB工藝技術(shù)及管理工作.現(xiàn) 任深圳市興森快捷電路科技股份有限公司總工程師。摘

2、 要：本文主要介紹通過采用硝酸酸霧測試方法(EIA-364-53B Nitric Acid Vapor Test, Gold Finish Test Procedure for Electrical Connectors and Sockets)對(duì)金手指不同的加工工藝流程、不同的金J9度兩 方面的孔隙率進(jìn)行對(duì)比測試，發(fā)現(xiàn)鍍金手指在蝕刻前加工不適用于采用硝酸酸霧測試方法來評(píng)估鍍 金層孔隙率，另金厚度偏薄也會(huì)彩響該方法對(duì)于孔隙率的測試結(jié)果。關(guān)鍵詞：孔隙率.鍍金手指、腐蝕點(diǎn)、碩金、蝕刻Abstract: This paper has summarized that adopting EIA-364-

3、53B Nitric Acid Vapor Test (Gold Finish Test Procedure for Electrical Connectors and Sockets) to test the connectors and sockets of the gold finish with the different produce process and gold thickness. The result is that it will be unfit for assess the porosity of the gold-plated when the etching p

4、rocess before the gold-plated finger process by using the E1A-364-53B Nitric Acid Vapor Test; Beside, the Thin gold will also affect the test results by using it. Keywords: PorosityGold-plated finger> Corrosion points. Hard gold% Etching、前言硝酸酸霧試驗(yàn)（EIA36453B）是用人工加速腐蝕試驗(yàn)方法之一，其工要目的是用于綜合考$鍍 層質(zhì)呈，測試錢層致密度

5、.均勻度孔隙率是否滿足電子器件連接的離可靠性要求山：當(dāng)今對(duì)可靠 性要求較高的計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備及低電壓小電流信號(hào)電平線路的大多數(shù)故障都是由于在連接器接觸 面形成了 層絕緣膜（即腐蝕）而造成的國；在PCB的加丄工藝過程中由于金具有良好的導(dǎo)電性、 較小的接屜電阻和良好的化學(xué)穩(wěn)定性.通常情況下會(huì)在電氣的連接位鍍上一定用度的薄金做為接觸 面.以達(dá)到良好的電氣連接性能（如PCB上的金手指位）；通過試豹対比，針劉PCB在生產(chǎn)過程中的怎 種電鍍金手指的加工工藝方法進(jìn)行失效原因分析.得岀了在測試過程中產(chǎn)品失效的原因和后續(xù)的制 作工藝改善建議。2、失效描述2.1火效現(xiàn)象描述我公司在2力份收到一家客戶反饋金手指位置

6、孔隙率測試不合格，其提供的測試報(bào)告由TRACE LABORATORIES,INC,提供.測試方法依據(jù)EIA-364-53B,測試結(jié)果如下圖（一）描述：圖（一）檢杳當(dāng)時(shí)生產(chǎn)過程沒有發(fā)現(xiàn)異常，從圖片上物質(zhì)的顏色夾雜藍(lán)色綠色物質(zhì)可以判斷為銅和銀的 混合物.說明銅層和傑層均受到了腐蝕，其腐蝕現(xiàn)彖有“四周向內(nèi)芟延”的趨勢。22失效板制作工藝該失效板是采用圖形電鍍銀金十硬金的工藝制作，在完成水金后對(duì)金手指位置鍍硬金.其金手指 位置的裁面圖如下（圖二）：金豐治付細(xì)屈泯I|二二J2.3失效板鍍層分析根據(jù)以上問題，首先我們對(duì)庫存板的鍍層厚度進(jìn)行了確認(rèn)，測試數(shù)據(jù)如下表（一）：項(xiàng)目金厚樑厚測試序號(hào)123451234

7、5金手指位賣0.5780.5660.7860.7780.8348.9906.6867.3246.0096.947從錢層厚發(fā)的測試數(shù)據(jù)我們町以看到，金手指位置的金厚滿足測試規(guī)范的要求。 3、失效原因分析3.1試驗(yàn)方法描述根據(jù) ELA-364-53B （Nitric Acid Vapor Test» Gold Finish Test Procedure for Electrical Connectors and Sockets）中測試方法的說明，對(duì)測試樣板的鍍層厚度（即金的厚度）要求在0.25um以上（參考12 object ）測試流程為：在適fit的硝酸（濃度70%±1%）倒

8、入干凈的玻璃干燥器中（50-lOOml硝酸幾下燥 器，靜胃30±5分鐘后，將樣品放入干燥器靜置75±5分鐘，然后將樣品迅速的放入高溫箱（溫度 125-C±5-C）中放10-15分鐘，取出樣品冷卻至室溫，1小時(shí)內(nèi)觀察結(jié)果。EIA.364.53B1的試驗(yàn)方法是采用硝酸酸霧腐蝕鍍層來評(píng)價(jià)金層本身的致密性（即孔隙率）：無 水硝酸（HNO3是無色液體，易分解出二魚化氮，因而里紅棕色。通常所用的濃硝酸約AHNO3 65% 左右.密度為i.4g/cm3,貝月強(qiáng)烈的刺激性氣味和腐蝕性硝酸貝有強(qiáng)氧化性,在常溫下能與除金、 鉗、欽以外的所有金屬反應(yīng)，生成相應(yīng)的硝酸鹽，無論是濃硝酸還是

9、稀硝酸在常溫卜都能與銅和銀發(fā)生 反應(yīng)。3.2試驗(yàn)接收標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)屮腐蝕點(diǎn)的測試方法見下衷（二）：表（二）腐蝕點(diǎn)計(jì)算方法腐蝕點(diǎn)尺寸il算腐蝕點(diǎn)個(gè)數(shù)直徑 <0.05mm00.05mm< 直徑 V0 51 mm10.5lmm<fi 徑2覆蓋超過50%的測雖區(qū)域（無論尺寸夬?。?03.3失效原因分析根據(jù)對(duì)各科影響因素分析，同時(shí)結(jié)合我公司牛產(chǎn)諸況.以下方面足導(dǎo)致晞酸酸霧腐蝕鍍層測試 失效的主耍原因：A、曲于失效樣品的腐蝕現(xiàn)象儼四周向內(nèi)蔓延喘勢，不同的金手指工藝加工流程導(dǎo)致測試失效;B、不同鍍層厚度（鍍金層）會(huì)導(dǎo)致硝酸酸霧腐蝕鍍層測試的失效：4、試驗(yàn)分析4.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)：根據(jù)上述試驗(yàn)原因分析，

10、對(duì)各種印制插頭鍍金部位的工藝加工方法進(jìn)行分組試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如 表（三）所示，評(píng)佔(zhàn)其對(duì)測試失效的影響情況： 在我公司電鍍金主耍通過以卜加匸方法*實(shí)現(xiàn)：（1）圖形電鍍銀金+電鍍飲金；（流程：圖形電鍍銀金一電鍍恢金一蝕刻）（2）圖形電鍍銀金+印制插頭電鍍金；（流程：圖形電鍍銀金一蝕刻一阻焊電鍍金手指）（3）化學(xué)沉銀金+電鍍映金：（流程：蝕刻一阻焊一化學(xué)沉銀金一電鍍金）（4）印制插頭電鍍金：（流程：蝕刻一阻焊一印制插頭電鍍金）表（三）：試臉設(shè)計(jì)試板序號(hào)工藝加工方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)U的1圖形電鍍銀金+碩金廉失政屁模擬問題巫現(xiàn)。2圖形屯鍍欽金+硬金與失效板流梶一致，對(duì)比批次影響。3圖形電鍍說金+卬制插頭電鍍金對(duì)比

11、卬制插頭和碩金的區(qū)別。4化學(xué)沉銀金+印制插頭電鍍金對(duì)比丁藝流用對(duì)r鍍層結(jié)構(gòu)的彫響評(píng)估。5印制插頭電鍍金對(duì)比單獨(dú)印制插頭電鍍二藝的制作情況。4.2試驗(yàn)數(shù)據(jù):測試前對(duì)毎個(gè)試板上金手指位置的金欽厚度進(jìn)行測試，分別取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)如表（四）：表（四）金、線厚度測試數(shù)據(jù)工藝加工方法測試數(shù)據(jù)（單位：um）金層1圖形電鍍棵金+破金0.7860.7780.8349.3249.0098.9472圖形電鍍探金+硬金0.5540.6100.5647.9575.5086.3983圖形電鍍欽金+卬制插頭電鍍金0.5900.6500.62823463.6284.2815化學(xué)沉線金+印制插頭電鍍金1.1391.2

12、290.6083.3364.3063.6696印制插頭電鍍金L0091.2280.9913.1193.1669.6664.3試驗(yàn)過程：A. 試驗(yàn)物料/容器：硝酸 分析純（濃度65%68%）T燥器9L燒杯250ml（GG-17）烘箱-B、試泊過程：（依EIA-364-53B）（1）取分析純的硝酸500ml分別倒入2個(gè)燒杯（250ml）中：（2）然后放入潔凈干燥的玻璃燥器中.荒上蓋子密封靜置30±5分鐘后:（3）將試驗(yàn)樣甜分別放入干燥器靜遏75±5分鐘：（4）然后將樣品迅速的放入高溫箱（溫度125匸±5匸）中放置135分鐘:（5）取出樣品冷卻至室溫后觀察4.4試驗(yàn)結(jié)果

13、：試驗(yàn)后釆用金相顯微鏡進(jìn)行觀察，對(duì)比測試前麻鍍層的變化惜況.如下表（五）所示:試板 序號(hào)工藝加 工方法1圖形電 鍍探金+ 硬金2圖形電 鍍鐐金+ 硬金3圖形電 鍍練金+ 印制插 頭鍍金4化學(xué)沉 銀金+印 制插頭 鍍金5印制插 頭電鍍 金試驗(yàn)后試驗(yàn)前通過試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）圖形電鍍銀金+硬金的制作方法中試板1、2均有出現(xiàn)客戶反饋的失效缺陷；（2）試板3、4出現(xiàn)藍(lán)綠混合物的區(qū)域幾種在鍍金印制插頭引線頂部，其他位置沒有出現(xiàn)所客戶反 饋的失效缺陷；（3）試板5出現(xiàn)孔隙率明顯增多的結(jié)果，仔細(xì)査看測試前樣板，其鍍層前處理效果差.有明顯的溝 壑，如下圖（三）所示：（4）觀察試板1、2的失效缺陷規(guī)律我們發(fā)現(xiàn)，

14、其腐蝕情況仍然具臺(tái)明顯的"從四邊向內(nèi)蔓延”的趨勢.如下圖（四）所示，選擇腐蝕位置進(jìn)行從切片分析，我們可以看到其剖切面的腐蝕狀況, 如下圖（五）所示圖（三）圖（四）圖（五）因?yàn)閳D形電鍍銀金+喚金工藝加工方法（試板1、2）,梵不同點(diǎn)在于電鍍便金后再進(jìn)行圖形蝕刻. 而在進(jìn)行測試過程中，硝酸作為強(qiáng)氧化劑，雖然對(duì)于金層沒有辦法腐蝕，但是從側(cè)面攻擊銅層和銀 層就輕而易舉了，出現(xiàn)怪底抽薪"的情況導(dǎo)致鍍層被腐蝕出現(xiàn)：我們分別切片分析試板3、4、5金 手指位的載面情況，如下圖（六人（七人（A）所示：圖（六）圖（七）圖（八）4.5試驗(yàn)結(jié)論通過以上初步試驗(yàn)分析我們可以得出以下結(jié)論：（1）出現(xiàn)硝酸

15、酸霧測試結(jié)果失效的主要原因是鍍層結(jié)構(gòu)的問題導(dǎo)致，對(duì)于丄藝加工方法來講，蝕刻 前電鍍金的丄藝制作方法對(duì)于金層硝酸酸霧的測試不適合釆用EIA-364-53B的方法進(jìn)行測試；（2）鍍層前處理效果對(duì)于其測試結(jié)果的影響也是比較明顯：5、試驗(yàn)驗(yàn)證5.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)針對(duì)匕述結(jié)論進(jìn)一步確認(rèn)以上結(jié)論.設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)方案對(duì)上述失效和改善情況進(jìn)行模擬再現(xiàn):試驗(yàn)序號(hào)工藝加工方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)冃的1圖形電鍍媒金+硬金氐失效板，二次模擬問題蟲現(xiàn)。2圖形電鍍銀金+硬金與失效板流程一致，對(duì)比批次影響.3印制插頭電鍍金二次確認(rèn)此流程是否正常，排除第一組試驗(yàn)（試 板5）前處理影響4印制插頭電鍍金確認(rèn)印制插頭鍍金后的效果3255.2試驗(yàn)結(jié)果測

16、試過程參考上文描述，測試結(jié)果如下:試驗(yàn)序號(hào)工藝加工方法圖形電鍍銀金+硬金試驗(yàn)后圖形電鍍礫金+ 硬金印制插頭電鍛金印制插頭電鍍金#5.3試驗(yàn)結(jié)論再次通過試驗(yàn)驗(yàn)證了第一組試驗(yàn)的結(jié)論，對(duì)于蝕刻前印制插頭的工藝加工方法不適合采用硝酸 法進(jìn)行孔隙率測試，蝕刻后再進(jìn)行印制插頭電鍍金的工藝加工方法.如：印制插頭電鍍金加工方法. 電鍍硬金（有引線設(shè)計(jì)），可以滿足硝酸法進(jìn)行孔隙率測試：6、金層厚度對(duì)硝酸法測試結(jié)果的影響6.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)本組試驗(yàn)主要是采用可以滿足硝酸法測試的工藝加工方法，來評(píng)估不同鍍金層片度對(duì)失效結(jié)果 的影響度A、流稈設(shè)計(jì) 圖形電錢銀金（蝕刻后）+電鍍硬金（流程：前工序-圖形電鍍銀金一蝕刻一二次干膜

17、鍍硬金亠印制插頭電鍍金測試） 圖形電鍍銀金（蝕刻后）+印制插頭鍍金（流程：前工序一外層干膜一圖鍍銅傑金一蝕刻一印制插頭一測試）B、金層厚度設(shè)計(jì)從 O.Ium 至 2.0umC、圖形設(shè)計(jì)6.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖形電鍍探金（蝕刻后）+電械映金32740.2425.66750.1776.400圖形電鍍諜金（蝕刻后）+印制插頭鍍金329（1）經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，通過調(diào)整印制插頭鍍金的工藝加工方法可以預(yù)防在硝酸法測試中出現(xiàn)的失效;（2）當(dāng)鍍金層耳度小于05um時(shí)，會(huì)增加硝酸法測試失效的機(jī)率：7、第三方確認(rèn)為了確認(rèn)金層的孔隙率，同時(shí)對(duì)上述的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估，選擇擇五種試驗(yàn)安排賽寶實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試，樣板及測試結(jié)果如下:試驗(yàn)

18、編號(hào)農(nóng)面工藝鍍層厚度金厚係厚um um測試結(jié)果平均腐蝕點(diǎn)（個(gè)/mm2）試驗(yàn)后圖例水金+硬金（蝕刻前）0.5437.0564.945水金+硬金（蝕刻前）0.7626.2898.410水金+印制3 插頭（蝕刻 0.6284.2810.590后）3314印制插頭 （蝕刻后）1.3419.6435沉金+印制 插頭（蝕刻 后）0.5983.4640.0882.755#備注：以上測試結(jié)果參考賽寶實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)，腐蝕點(diǎn)取樣本平均值。8.結(jié)論與建議（1）采用蝕刻詢印制插頭電鍍硬金的工藝加丄方法.不適合采用硝酸蒸汽法來評(píng)價(jià)鍍層的孔隙率, 將金手指電鍍硬金流程更改到蝕刻后加工，可以滿足硝酸蒸汽法EIA-364-53B的測試要求：（2）鍍金層用度長硝酸蒸汽法來評(píng)價(jià)鍍層的孔隙率的垂要因素，建議鍍金厚度控制在0.50um以上;（3）鍍金前處淫（即銅面處理）效果及鍍金厚度對(duì)于孔隙率存在影響.生產(chǎn)需要注意控制。9參考標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)告9.1 EIA-364-53B （修訂 2000 年）9.2 ASTM-735-95 （修訂 2000 年）9.3賽寶測試報(bào)告參考文獻(xiàn)1 鄭關(guān)林第二十三研究所鍍金層鹽霧試驗(yàn)機(jī)理及方法探討.1998年10月；電鍍工藝（離可靠性連接器的防腐問, 2007年4月；#PC鍍金層硝酸煙霧測試失效機(jī)理分析作者：陳海峰