隱藏在焊點裡的“黃金陷阱”：金脆化現象全解析與對策

在高可靠性電子產品中，電鍍金屬的選擇至關重要。金（Au）因其優異的導電性與抗腐蝕能力，廣泛應用於連接器接觸端子，以保障訊號傳輸品質和產品壽命。然而，這種優勢在特定條件下可能轉化為隱患，這就是業界常提及的“金脆化”（Gold Embrittlement）現象。

什麼是金脆化？為何需要關注？

金脆化是指金或金合金材料在高溫焊接等條件下與其他金屬（如錫、銅、鎳）形成硬脆化合物，從而導致連接件的力學性能下降，表現為延展性差、易斷裂。這種現象在 BGA 焊點、連接器尾部焊接等對焊接品質要求極高的場合尤為常見。一旦未被妥善管控，可能造成焊點失效，嚴重影響整機的可靠性。

是什麼引發了金脆化？

1. 金屬間的“失衡反應”

· 金與錫形成脆性 AuSn₄ 化合物
該化合物硬而脆，容易在焊點內形成裂紋路徑，降低接頭強度。

· 金與銅或鎳擴散形成脆性相
材料擴散不均可能在介面生成脆性層，削弱焊點的結構穩定性。

2. 鍍金工藝的“雙刃劍效應”

· 鍍金層過厚難以在焊接中充分溶解
含金量過高（>3–5% wt）易形成過量金屬間化合物，提升脆斷風險。

· 電鍍過程引入雜質或氫氣，導致氫脆
雜質或氫原子殘留在金屬結構中，降低材料延展性，可能引發延遲裂紋。

· 缺乏鎳阻擋層導致金與銅直接反應
金容易與銅等金屬形成脆性合金，相界結合力減弱。

3. 焊接過程的“火候不足”

· 溫度或時間不足導致金未充分擴散
金殘留在焊點內形成富集區，成為潛在裂紋源。

· 無鉛焊料更易與金反應
例如 SAC305 與金反應劇烈，易生成硬脆 IMC 層，影響焊點疲勞壽命。

· 局部金堆積造成脆性集中
力學性能不均，使焊點更容易斷裂。

4. 環境應力的“長期挑戰”

· 熱循環促進脆性層增長
循環熱應力加速 IMC 層增厚，使焊點在多次循環中易於破裂。

· 機械振動擴展已有裂紋
脆性區域在反覆應力下迅速擴展，縮短焊點壽命。

· 腐蝕環境破壞合金鍵合
溼氣或化學腐蝕滲透焊點介面，削弱結合力，加速焊點老化與失效。

如何對金脆化進行防控？

1. 材料結構優化

分區鍍層設計
接觸區保留適量鍍金，焊接區域採用錫基鍍層，實現“觸點金+尾部錫”的策略，在保證導電性的同時抑制金脆化風險。

多層阻隔結構
在鍍金層與基材之間引入鎳等阻擋層，防止金屬擴散。根據應用場景，還可採用增強結構應對高頻或高溫挑戰。

2. 精準工藝控制

智慧焊接曲線管理
依據不同焊料調整預熱與保溫時間，優化溫度分佈，提升金層擴散均勻性，降低局部富集。

先進錫置換技術
透過預先浸錫處理，部分置換金層，形成更適合焊接的表面（如錫層），提高焊接品質並減少氧化。

3. 嚴格過程監控

鍍層厚度分區管控
建立接觸區與焊接區鍍層厚度標準，採用專業檢測手段，確保符合設計要求。

可靠性驗證體系
透過熱衝擊、振動等加速測試監控焊點微觀結構變化，確保產品在長期服役條件下的性能穩定。

金，作為連接器中不可或缺的貴金屬電鍍材料，在提升產品性能的同時，也可能因使用方式不當而帶來隱患。焊點金脆化雖不易察覺，卻可能在關鍵時刻造成重大失效。因此，在設計階段就應做好材料選擇、工藝優化與品質控制。Greenconn 始終致力於透過先進的材料工程與製造工藝，為客戶提供可靠、長期穩定的連接解決方案。如您在選材或焊接工藝方面有更多需求，歡迎與我們深入探討。