SMT掉件反复排查炉温无果？警惕镀镍PAD的"双层IMC陷阱"

发布时间： 2026-05-12 00:00

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"SMT刚下炉，轻轻一碰——镀镍焊盘掉了。"

某电子制造企业反馈，一批板子在SMT制程后发生PAD整片脱落。更反常的是：将异常样品二次做沾锡测试，可焊性依然不佳；可初步成分分析却显示"未见明显异常"。

如果你的产线也出现过莫名掉件，今天这个案例，值得你花5分钟看完。

1.外观检查一切看似正常？

掉件的镀镍PAD侧：脱落界面相对平整，局部有焊锡残留。

不良掉件镀镍PAD侧脱开界面外观检查照片

未脱落的不良样品：外观未见异常，但轻轻触碰其中一个样品（NG1#）的镀镍PAD后，镍片直接脱落——脱落界面依然平整，局部焊锡残留；FPC侧界面平整，局部有明显空洞。

不良样品外观检查照片

不良样品NG1#脱开界面外观检查照片

PS：断裂发生在镀镍PAD与焊料之间，且界面异常平整，不像韧性撕裂，更像是“脆断”。

2.表面分析：脆断特征 + 助焊剂残留

用扫描电镜（SEM）观察脱开界面：

开裂界面平整，呈脆性断裂特征。
界面存在较多空洞，空洞边缘发现较多助焊剂（含C、O、Sn元素）残留。
FPC侧含有C、O、Sn、Ni、Cu元素；镀镍PAD侧仅含C、O、Sn、Ni 元素—— 没有Cu。

不良样品NG焊点开裂界面 SEM图片及EDS能谱图

再看同批次未使用的镀镍PAD：

待焊接区域表面平整，未见明显污染。
表面成分含Ni、C、O、Fe —— 正常。

同批次未使用镍PAD表面SEM图片及EDS能谱图

PS：表面无污染，但焊接界面有空洞+助焊剂残留，且断裂面呈脆性，问题可能藏在界面内部。

3.X-Ray透视，空洞一目了然

对未脱落不良样品进行X射线透视观察，结果如下：

焊接界面存在较多空洞。

不良样品X射线透视观察图片

PS：空洞会削弱有效焊接面积，但空洞本身通常不是掉件的唯一原因。

4.剖面分析，真凶浮出水面

我们制作了多个样品的截面，用SEM+EDS观察IMC（金属间化合物）结构。

不良样品NG1#（已脱落）

焊点沿镀镍PAD表面开裂，界面平整，脆性断裂
开裂界面两侧均存在IMC：镀镍PAD侧IMC主要含Ni、Sn（Ni-Sn IMC）；焊锡侧IMC主要含Cu、Ni、Sn（Cu-Ni-Sn IMC）
镀镍PAD的Ni层厚度：2.78~2.88μm；PAD侧IMC厚度：298~456nm；焊锡侧IMC厚度：1.15~2.15μm

不良样品 NGI#剖面 SEM图片

PS：通常焊接后只在界面生成一层IMC，这里却出现了两层不同成分的IMC分居两侧——非常异常。

5.剖面分析，真凶浮出水面

我们制作了多个样品的截面，用SEM+EDS观察IMC（金属间化合物）结构。

5.1 不良样品NG2#（未脱落但触碰可脱落）

镀镍PAD侧存在两层IMC：上层（靠近焊锡）是Ni-Sn IMC；下层（靠近镍层）是Cu-Ni-Sn IMC，呈块状形貌
两层IMC之间存在明显裂纹，界面结合状态极差
Ni层厚度：2.41~2.61μm；上层IMC厚度：318~427nm；下层IMC厚度：2.02~3.18μm（明显更厚）
FPC焊盘的IMC正常（Cu-Ni-Sn，厚度1.19~2.78μm）

不良样品 NG2#剖面 SEM图片

5.2 不良样品NG2#（未脱落但触碰可脱落）

镀镍PAD侧存在两层IMC：上层（靠近焊锡）是Ni-Sn IMC；下层（靠近镍层）是Cu-Ni-Sn IMC，呈块状形貌
两层IMC之间存在明显裂纹，界面结合状态极差
Ni层厚度：2.41~2.61μm；上层IMC厚度：318~427nm；下层IMC厚度：2.02~3.18μm（明显更厚）
FPC焊盘的IMC正常（Cu-Ni-Sn，厚度1.19~2.78μm）

不良样品 NG2#剖面 SEM图片

5.3 未使用的镀镍PAD（同批次）

Ni层厚度：3.08~3.18μm，未见明显异常。

未使用镍片1#剖面 SEM图片

PS：结论已经很清晰：镀镍PAD侧生成了双层IMC，两层之间开裂，导致焊点强度大幅下降。外力作用下，沿界面脆性断裂。

6.模拟验证：双层IMC是怎么来的？

为了验证热输入对IMC生长的影响，我们对未使用的镀镍PAD进行不同时间浸锡（255℃ SAC305焊料，时间5s/20s/40s），然后切片观察：

浸锡5s：只生成单层IMC，成分为Cu-Ni-Sn（靠近焊锡侧）。

镀镍 PAD浸锡试验后截面 SEM 图片

浸锡20s和40s：均生成双层IMC结构，与失效样品完全一致：靠近镍焊盘侧为Ni-Sn IMC，靠近焊锡侧为Cu-Ni-Sn IMC。

镀镍 PAD浸锡试验后截面 SEM 图片

PS：双层IMC的形成与热输入（焊接时间）密切相关。在正常SMT回流焊过程中，如果镀镍PAD的镍层质量或结构存在异常（例如多次镀镍导致的层间异质），就会在相同热输入下更快/更容易生成这种有害的双层结构。

根本原因：

镀镍PAD侧生成了双层IMC结构（上层Ni-Sn，下层Cu-Ni-Sn），两层IMC之间结合状态差、存在裂纹，极大降低了界面结合强度。在外力作用下（如SMT后的搬运、分板等），焊点沿该脆弱界面发生脆性断裂，导致掉件。

改进建议：

完善供应链管理，加强供方现场的工艺管控（尤其是电镀工序，避免多次镀镍或镀层异常）。
对来料镀镍PAD可进行抽样浸锡+剖面验证，检查IMC是否呈双层结构。
如有条件，可优化回流焊温度曲线，适当降低峰值温度或缩短液相以上时间，减少IMC过度生长。

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