二、金脆造成强度不足

　　2.1 初步外观

　　凡采用ENIG或电镀镍金皮膜做为可焊处理者，都将会存在着金脆的的隐忧。为了了解此种现象起见，刻意将焊接面积颇大的两颗被动元件(0603)，以侧推式的剪切力量(平均约2Kg)予以破坏推掉，然后从其焊点断裂的立体位置研判其Failure Mold(失效模式)如何？到底是属于焊料本身的健康拉断，亦或不良病态之介面开裂。(如图3所示)

　　图3 左上为ENIG无铅波焊后的板子，是先经点胶再走SAC305的波焊，由于ENIG焊点之强度不足，故可采用磨去尖部铁钉，稍加用力侧推之下，被动元件即可从焊点介面轻易被推掉，其余三图均为立体放大20-40倍所见到推掉后的断面外观。

　　下列四图即为推移后断面所见之俯视图，此放大10倍画面中，除可见到两被动元件锡膏焊点被推进之表面，以及见到少许空洞(Voiding)外，尚可见到中间区域所点着补强用的红胶也被推断，甚至可看到料体被压扁而向两侧扩张爬上ENIG的局部焊垫。在阻挡焊锡进入之下，其垫面局部之金层仍然清晰可见。因而可推论出两个焊点总强度根本连2Kg都不到，故知ENIG 皮膜之焊锡性(Solderability)虽然不错，但其焊点强度与可靠度却实在不敢恭维。

　　2.2 切片判读

　　为了深入明了焊垫表面的ENIG，与其焊接过程中所曾发生的反应起见，于是乃将其它未破坏的焊点进行切片，观察介面结构的细部关系。由200X放大的切样中可见到所切得之画面，是落在大铜面焊点的外缘，由其良好的接触角(Contact Angle ，θ)看来，可知其焊锡性十分良好。但由低倍全局与高倍局部之放大画面中，则可清楚得知由于大铜面之失热，以致焊锡性虽然良好，但焊点的结构却非常脆弱。请注意外缘处化学镍面上的金层，由于热量不足，其金锡IMC根本尚未从镍表面逸走而散入液锡之中，只能在介面与液锡形成AuSn4 的脆弱IMC而已，如此之焊点结构又何来强度可言？仔细检讨之下设计不良热量不足应为主因。(如图4所示)

　　图4 此为上述ENIG板子尚未侧推破坏的焊点，故意取某一连通到大铜面的焊点切片后放大100、200，及500倍的介面细部微观，可清楚看IG层尚未全部逸走，亦未散入焊锡主体之中，在金脆的威胁下焊点强度当然不足。但问题是出自连接大铜面而造成波焊时失温所致，完全是设计者的缺失。

　　图5 此二为同一片板子锡波入孔所形成的焊点，亦可清楚见到热量充足下，金层早已逸走溶入焊料形成分散的AuSn4的IMC，于是焊锡直接与化镍形成Ni3Sn4的介面IMC，焊点强度自然就会展现了。

　　图6 左图孔处热量充足中，居然连铜箔也出现再结晶的变化。但右图板面铜垫连接大铜面处在失热之下，其铜箔结晶仍呈现未改变的画面。

　　由上三图可知，采用ENIG皮膜者，欲其焊点免于金脆而强度良好时，首先就必须要让浸金层在焊接反应中，应快速远离接口而散入焊料主体中(Bulk Solder)，让焊点健康的生长在镍基地上，进而形成Ni3Sn4的IMC才是常规正道，否则只能说“焊的还不错但强度却不怎么样”。

　　为了证明“热量不足焊点并未长在镍面上，以致强度不足”的说法，特将同一样板上的PTH通孔也做了切片，然后再与板面大铜面上的焊点进行比对，以进一步印证科学的正确性。前图5、6均为放大1500倍的画面，是利用数位相机直接从显微镜的目镜中所摄取，读者可清楚见到，由于涌入孔中的熔锡所挟带的大量热能，几乎已令ENIG的浸金层全数逸走散开，生长在镍面的焊点在全无金脆的掣肘下，其强度自然就会提升了。

　　另一项热量充足与否的佐证，就是原始铜箔与电镀铜层所发生的再结晶(Recrystallization) 现象去做观察。上二图皆为1500X数位相机的画面，可见到通孔中的强热造成孔口铜箔与镀铜层已出现再结晶的改变。但右图则在热量不足下，与其原始结晶的对比情形。