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浸金及電鍍金在電路板焊接中所扮演的角色
工作熊在之前的文章曾經提過公司的產品因為ENIG板的浸金厚度不足而造成化鎳/無電鍍鎳(Electroless Nickel)氧化，甚至造零件的焊接強度不足致零件掉落的問題。不過在許多的文獻及資料記載裡都說明，金層在電路板表面處理的角色只是作為空氣的隔絕層，用來保護其下面的鎳層不至於氧化而已，金(Au)在焊錫中的非但無法形成強壯的焊接，反而會形成AuSn及AuSn2等脆弱的IMC而造成金脆的後果。
建議延伸閱讀：ENIG表面處理PCB焊墊的兩大潛在問題(黑鎳與富磷層)及預防措施
其實ENIG板子的真正焊點應該要完全生長在鎳層，形成Ni3Sn4的良性IMC，如此才能確保焊接強度。
（建議延伸閱讀：何謂IMC (Intermetallic Compound)？IMC與PCB焊接強度有何關係？）
（下面的文章及圖片參考TPCA(台灣電路板協會)出版的「電路微切片及規範手冊」）
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)表面處理的板子在高溫焊接的瞬間，金層將會迅速溶解於液態錫之中，形成AuSn、AuSn2或AuSn4等共金(IMC)而快速脫離EN (Electroless Nickel)層，並迅速擴散進入焊錫之中。所以ENIG的焊點應當是完全生長在EN化鎳層的表面，一般的金層功用在保護鎳面不要與空氣直接接觸而生鏽氧化而已。金層如果太厚不但無濟於焊錫品質，而且一旦超過焊點重量的3%時(Au的比重為19.3)，反而容易讓「金」無法順利擴散進入焊錫中而留存在焊接介面處形成脆弱的IMC，引起金脆(Gold Embrittlement)的問題。
下面四張圖片為放大4,500倍的SEM圖像，說明在回焊爐熱量不足的情況下，黃金(Au)成份正要從鎳層分離融入焊錫中的瞬間，當零件遭受外力衝擊的時候就極有可能從這一整排AuSn、AuSn2或AuSn4的IMC處裂開。
下面四張圖切片顯示，當焊接的熱量不足或未能持續供熱時，雖然薄薄的Ni3Sn4共化物IMC層已經生成且焊牢，但因為AuSn及AuSn2還未來得及逸走融入焊料，而停留在共金介面附近，當有外力拉扯的時候，就很容易從AuSn及AuSn2斷裂開來。這就是為何ENIG的焊點強度，始終不如銅面焊點(Cu6Sn5)來得更為牢固的主因之一。
下面兩張圖顯示，當焊接的熱量足夠且持續的時候，金層將會完全逸走融入到焊料中，從圖片中可以零星看到小顆粒的AuSn四處分散漂浮在焊料之中，剩下由錫鎳所形成的IMC，自然就可以得到不錯的焊接強度。可以想像，如果浸金或鍍金層太厚，就會形成過多的AuSn共金，最後導致AuSn無法有效逸走或充滿整個焊料，進而影響到焊接強度。
Per IPC-4552 there should be 2-5 micro-inches of immersion gold applied over 120-240 micro-inches of electroless nickel. The electroless nickel is what the assembler shall be soldering to. Nickel thickness results below the range may result in gold peel and solderability issues. Nickel thickness results above the range may result in nickel cracks and solder joint failure.
The immersion gold is only there to prevent the nickel from oxidizing. The gold is absorbed into the solder joint adding no benefit. The immersion gold is a porous surface. Gold thickness results below the specified range shall result in insufficient oxidation resistance for the nickel.
Gold thickness results above the specified range shall result in an attack on the nickel itself. The nickel may corrode and ultimately result in black pad if aggressive enough. The thicker the gold the greater the risk for black pad.
依據IPC-4552的要求一般化金層的厚度建議在2µ"～5µ"，化學鎳層在3µm(118µ")～6µm(236µ")。IPC-6012(Rigid)要求金厚最少1.97µ"，鎳厚118µ"以上；IPC-6012(Flex, Rigid-Flex)要求金厚最少1.58µ"~3.94µ"，鎳厚118µ"～236µ"(Rigid)與50µ"～236µ"(Flex)。不過對於焊錫來說金層要越薄越好，以免造成金脆與反向腐蝕，因為「金」在焊接過程中是可以被忽略的元素；但是金層如果太薄，就無法完全覆蓋住鎳層，成品存放的時間一久要再拿出來焊接，就容易出現氧化而有拒焊的現象，所以「金」的目的在這裡最主要在防止電路板氧化。
工作熊在另外一篇文章中也說過，因為金價大漲，成本考慮下我們公司之前有將金的最低厚度降到1.2u"，但其保存期限大概會縮短一半，而且還要確實量測大面積處的金厚，因為大焊墊的金厚通常會比較薄，而且這樣的變動最好只給那些沒有作為按鍵或是接觸使用的PCB。至2022年已執行了大概有10年，期間雖然偶有品質問題，比如送到客戶手上的PCBA部份發生氧化，但那大多屬於人為紀律問題，而沒有發生什麼重大品質問題。
延伸閱讀：
連接器使用一段時間後掉落問題探討
如何判斷BGA掉件是SMT工廠製程或是設計問題?
用滲透染紅試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫
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訪客留言內容（Comments）
其實化金製程管控需要較嚴謹，金厚度越薄其對鎳保護性越差(覆蓋性差)
除非用特殊方式塞住疏孔處，目前pcb一般已經都往高磷鎳方向走，因此鎳黑不易出現但相對其組裝需要較高溫度，要不然無法生成好IMC
回應FINISH製程
電鍍金：硬金==>抗磨(如金手指)、軟金(打線用)
如果要組裝焊錫電鍍硬金的話，一般金厚度不能高過5μ以上，要不然無法組裝，以上資訊供參考！！
1。本研究的重點似乎只對 Elecroless Nickel，若為電鎳會如何？
電鎳金仍然有效？
2。有在最後一節如下所述的意見，我不明白這一點。如何有這樣的結論呢？
(Nickel thickness results below the range may result in gold peel and solderability issues. Nickel thickness results above the range may result in nickel cracks and solder joint failure.)
有勞您解惑
1.請問smt將led焊在鋁基板的噴錫焊點上,焊接完成後其焊接層焊錫厚度是多少?錫膏印在焊點(1mm x 2.7mm)上的面積及厚度應該是多少?
2.請問將鋁基板的線路噴錫厚是否可以保持線路的銅箔不氧化或銹蝕?
LED board因為成本因素,基本上不會採用化金板,而且也不需要
只會使用鋁基板+噴錫 or FR4+OSP
採用鋁基板好處是鋁散熱快,但不是真正在用鋁基板去蝕刻電路
而是用一般銅箔基板蝕刻線路之後再用絕緣膠壓合到鋁片上面
所以呢
1.請問smt將led焊在鋁基板的噴錫焊點上,焊接完成後其焊接層焊錫厚度是多少?錫膏印在焊點(1mm x 2.7mm)上的面積及厚度應該是多少?
a.回焊後不用去算厚度,應該要計較的是回焊之後的錫覆蓋率有沒有達到90%以上
因為LED是會發熱的零件,要是覆蓋率不足會影響散熱
b.錫膏面積及厚度要多少,這是沒有絕對的,要看對品質的影響而定,這需要慢慢
去try
2.請問將鋁基板的線路噴錫厚是否可以保持線路的銅箔不氧化或銹蝕
噴錫就是為了銅箔(Pad)不氧化
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多謝，又學多了一點。
但想問一問有關氧化的問題。我做一般樣板的廠基本上有3種方案，噴錫、鍍金和沉金。ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold)是否指鍍金?另，以上3種方法各有甚麼優缺點可否說明一下，謝謝。