ENIG Ni（P）镀层焊接界面P偏析产生机理

P偏析是指在使用ENIG Ni（P）镀层进行回流焊接时，由于Ni和焊料中的Sn之间的冶金反应，导致Ni（P）层中的P元素在焊接界面附近富集的现象。P偏析会降低焊接界面的强度和可靠性，增加焊点的脆性和开裂的风险。

产生机理

当采用SnPb在Ni（P）层上焊接时，当熔融焊料和Ni（P）层接触时，由于Ni（P）层的Ni和焊料中的Sn发生冶金反应生成的Ni3Sn4金属间化合物，消耗了靠近焊料层区域中的Ni，使得该区域出现了富P层，从而导致P偏析，如图1所示。

图1. SnPb焊料与Ni（P）镀层焊接时发生的P偏析

当采用无铅焊料SAC在Ni（P）层上焊接时，情况与有铅焊料基本类似，不同的是此时生成的金属间化合物为Sn、Cu、Ni三元合金，如图2所示。

图2. SAC焊料与Ni（P）镀层焊接时发生的P偏析

从上述两种情况可以看出，P偏析的产生机理主要是由于Ni的溶出和P的富集所导致的。Ni的溶出是由于Ni和Sn之间的冶金反应所致，而P的富集是由于P的扩散和Ni的消耗所致。P偏析会导致焊接界面的强度和可靠性的降低，因为P是一种脆性元素，它会使得金属间化合物的结构变得不稳定和易碎，从而增加焊点的脆性和开裂的风险。

影响P偏析的因素
主要包括焊料的成分、Ni（P）层的厚度、焊接温度和时间等。
1.焊料的成分：焊料的成分会影响Ni和Sn之间的冶金反应的速率和类型，从而影响Ni的溶出和P的富集的程度。一般来说，Sn的含量越高，Ni的溶出和P的富集越明显，因为Sn会促进Ni的扩散和消耗。
另一方面，添加一定量的Cu或Ag可以有效地抑制P偏析，因为它们可以形成稳定的金属间化合物，阻碍Ni的扩散。图3表示了焊料合金成分对富P层和Ni-Sn化合物层厚度的影响。

图3. SAC的成分对富P层厚度变化的影响

从图中可见，Sn3.5Ag二元合金的富P层的生长比较显著。而对添加了Cu的三元合金，经历30min的反应后也只有数百nm的厚度，Cu构成了Ni扩散的阻挡层。因此，焊料中Cu含量的不同，对界面层的形成有较大影响。

2.Ni（P）层的厚度：Ni（P）层的厚度会影响Ni的溶出和P的富集的程度，从而影响P偏析的严重性。一般来说，Ni（P）层的厚度越大，P的含量越高，P偏析的程度越严重，因为P的扩散和Ni的消耗的空间越大。而当Ni（P）层的厚度小于3μm时，P偏析的影响可以忽略不计。
3.焊接温度和时间：焊接温度和时间会影响Ni和Sn之间的冶金反应的速率和类型，从而影响Ni的溶出和P的富集的程度。一般来说，焊接温度和时间越高，Ni的溶出和P的富集越明显。

审核编辑 黄宇