SMT掉件反復排查爐溫無果？警惕鍍鎳PAD的"雙層IMC陷阱"

發布時間： 2026-05-12 00:00

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"SMT剛下爐，輕輕一碰——鍍鎳焊盤掉了。"

某電子制造企業反饋，一批板子在SMT制程后發生PAD整片脫落。更反常的是：將異常樣品二次做沾錫測試，可焊性依然不佳；可初步成分分析卻顯示"未見明顯異常"。

如果你的產線也出現過莫名掉件，今天這個案例，值得你花5分鐘看完。

1.外觀檢查一切看似正常？

掉件的鍍鎳PAD側：脫落界面相對平整，局部有焊錫殘留。

不良掉件鍍鎳PAD側脫開界面外觀檢查照片

未脫落的不良樣品：外觀未見異常，但輕輕觸碰其中一個樣品（NG1#）的鍍鎳PAD后，鎳片直接脫落——脫落界面依然平整，局部焊錫殘留；FPC側界面平整，局部有明顯空洞。

不良樣品外觀檢查照片

不良樣品NG1#脫開界面外觀檢查照片

PS：斷裂發生在鍍鎳PAD與焊料之間，且界面異常平整，不像韌性撕裂，更像是“脆斷”。

2.表面分析：脆斷特征 + 助焊劑殘留

用掃描電鏡（SEM）觀察脫開界面：

開裂界面平整，呈脆性斷裂特征。
界面存在較多空洞，空洞邊緣發現較多助焊劑（含C、O、Sn元素）殘留。
FPC側含有C、O、Sn、Ni、Cu元素；鍍鎳PAD側僅含C、O、Sn、Ni 元素—— 沒有Cu。

不良樣品NG焊點開裂界面 SEM圖片及EDS能譜圖

再看同批次未使用的鍍鎳PAD：

待焊接區域表面平整，未見明顯污染。
表面成分含Ni、C、O、Fe —— 正常。

同批次未使用鎳PAD表面SEM圖片及EDS能譜圖

PS：表面無污染，但焊接界面有空洞+助焊劑殘留，且斷裂面呈脆性，問題可能藏在界面內部。

3.X-Ray透視，空洞一目了然

對未脫落不良樣品進行X射線透視觀察，結果如下：

焊接界面存在較多空洞。

不良樣品X射線透視觀察圖片

PS：空洞會削弱有效焊接面積，但空洞本身通常不是掉件的唯一原因。

4.剖面分析，真兇浮出水面

我們制作了多個樣品的截面，用SEM+EDS觀察IMC（金屬間化合物）結構。

不良樣品NG1#（已脫落）

焊點沿鍍鎳PAD表面開裂，界面平整，脆性斷裂
開裂界面兩側均存在IMC：鍍鎳PAD側IMC主要含Ni、Sn（Ni-Sn IMC）；焊錫側IMC主要含Cu、Ni、Sn（Cu-Ni-Sn IMC）
鍍鎳PAD的Ni層厚度：2.78~2.88μm；PAD側IMC厚度：298~456nm；焊錫側IMC厚度：1.15~2.15μm

不良樣品 NGI#剖面 SEM圖片

PS：通常焊接后只在界面生成一層IMC，這里卻出現了兩層不同成分的IMC分居兩側——非常異常。

5.剖面分析，真兇浮出水面

我們制作了多個樣品的截面，用SEM+EDS觀察IMC（金屬間化合物）結構。

5.1 不良樣品NG2#（未脫落但觸碰可脫落）

鍍鎳PAD側存在兩層IMC：上層（靠近焊錫）是Ni-Sn IMC；下層（靠近鎳層）是Cu-Ni-Sn IMC，呈塊狀形貌
兩層IMC之間存在明顯裂紋，界面結合狀態極差
Ni層厚度：2.41~2.61μm；上層IMC厚度：318~427nm；下層IMC厚度：2.02~3.18μm（明顯更厚）
FPC焊盤的IMC正常（Cu-Ni-Sn，厚度1.19~2.78μm）

不良樣品 NG2#剖面 SEM圖片

5.2 不良樣品NG2#（未脫落但觸碰可脫落）

鍍鎳PAD側存在兩層IMC：上層（靠近焊錫）是Ni-Sn IMC；下層（靠近鎳層）是Cu-Ni-Sn IMC，呈塊狀形貌
兩層IMC之間存在明顯裂紋，界面結合狀態極差
Ni層厚度：2.41~2.61μm；上層IMC厚度：318~427nm；下層IMC厚度：2.02~3.18μm（明顯更厚）
FPC焊盤的IMC正常（Cu-Ni-Sn，厚度1.19~2.78μm）

不良樣品 NG2#剖面 SEM圖片

5.3 未使用的鍍鎳PAD（同批次）

Ni層厚度：3.08~3.18μm，未見明顯異常。

未使用鎳片1#剖面 SEM圖片

PS：結論已經很清晰：鍍鎳PAD側生成了雙層IMC，兩層之間開裂，導致焊點強度大幅下降。外力作用下，沿界面脆性斷裂。

6.模擬驗證：雙層IMC是怎么來的？

為了驗證熱輸入對IMC生長的影響，我們對未使用的鍍鎳PAD進行不同時間浸錫（255℃ SAC305焊料，時間5s/20s/40s），然后切片觀察：

浸錫5s：只生成單層IMC，成分為Cu-Ni-Sn（靠近焊錫側）。

鍍鎳 PAD浸錫試驗后截面 SEM 圖片

浸錫20s和40s：均生成雙層IMC結構，與失效樣品完全一致：靠近鎳焊盤側為Ni-Sn IMC，靠近焊錫側為Cu-Ni-Sn IMC。

鍍鎳 PAD浸錫試驗后截面 SEM 圖片

PS：雙層IMC的形成與熱輸入（焊接時間）密切相關。在正常SMT回流焊過程中，如果鍍鎳PAD的鎳層質量或結構存在異常（例如多次鍍鎳導致的層間異質），就會在相同熱輸入下更快/更容易生成這種有害的雙層結構。

根本原因：

鍍鎳PAD側生成了雙層IMC結構（上層Ni-Sn，下層Cu-Ni-Sn），兩層IMC之間結合狀態差、存在裂紋，極大降低了界面結合強度。在外力作用下（如SMT后的搬運、分板等），焊點沿該脆弱界面發生脆性斷裂，導致掉件。

改進建議：

完善供應鏈管理，加強供方現場的工藝管控（尤其是電鍍工序，避免多次鍍鎳或鍍層異常）。
對來料鍍鎳PAD可進行抽樣浸錫+剖面驗證，檢查IMC是否呈雙層結構。
如有條件，可優化回流焊溫度曲線，適當降低峰值溫度或縮短液相以上時間，減少IMC過度生長。

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