Почему толщина золотого слоя в ENIG имеет значение для пайки

Mar 06, 2024

Время чтения (слов)

Основная задача финальной отделки – защитить медную площадку от потускнения или окисления, одновременно сохраняя поверхность пригодной для сборки. Химическое никель/иммерсионное золото (ENIG) является широко распространенным на рынке покрытием, которое обеспечивает хорошую паяемость и возможность соединения алюминиевой проволоки. Основная функция слоя золота – предотвращение окисления слоя никеля.

Обычно толщина отложения соответствует рекомендациям, указанным в IPC 4552, который предполагает приемлемую минимальную толщину золота как xmean — 3σ(сигма) ≥ 0,04 мкм1. В качестве потенциального ответа на растущий спрос на снижение затрат в промышленности печатных плат (PCB) уменьшение целевой толщины золота может стать вариантом, который поможет снизить стоимость отделки из драгоценного металла.

Электролиты для золочения, применяемые для отделки ENIG, можно разделить на три различных типа: золотые электролиты полностью иммерсионного типа и золотые электролиты смешанной реакции. В иммерсионных золотых электролитах осаждение полностью происходит за счет иммерсионной реакции, растворяющей никель и обеспечивающей электроны для золотого покрытия. Чтобы уменьшить воздействие иммерсии на никель, в последние годы были разработаны электролиты, которые проявляют более автокаталитические свойства. Поскольку механизм реакции обычно основан на сочетании реакции погружения и автокаталитической реакции, эти электролиты можно описать как смешанные реакции золотого типа. В зависимости от типа добавки или восстановителя соотношение иммерсионной/автокаталитической реакции варьируется. Более автокаталитические свойства обеспечивают преимущества линейного увеличения толщины с течением времени и более низкого распределения толщины по сравнению с ваннами погружного типа.

В частности, распределение золота по толщине может варьироваться в зависимости от типа электролита, а для золотых электролитов с высокой степенью погружения оно может сильно зависеть от температуры нанесения покрытия. Снижение температуры всего на 15°С может привести к уменьшению толщины осадка на 20% и более. Таким образом, плохое распределение температуры в гальванической ванне может легко способствовать плохому распределению толщины золота на панели. В то же время малая толщина золота несет в себе высокий риск образования пористого слоя.

Электрохимические измерения, когда покрытие ENIG подвергалось воздействию агрессивного электролита, показывают, что при малой толщине золота измеряемый ток варьируется в широком диапазоне, а от 0,05 нм и выше слой золота оказывается достаточно плотным, чтобы обеспечить хорошую защиту от коррозионного воздействия. воздействие кислого электролита. График на рисунке 1 иллюстрирует риск более высокой пористости слоя золота при низкой целевой толщине слоя золота.

Для моделирования влияния пористого слоя золота на ENIG-свойства после старения был проведен РФЭС-анализ поверхности термообработанных образцов. Образцы со слоями золота различной толщины (40, 70 и 90 нм) подвергались закалке при 150°C в течение 30 и 120 минут, а затем сравнивались с эталоном. Результаты РФЭС показывают, что с увеличением времени отверждения можно обнаружить более высокое содержание никеля и кислорода. Этот эффект сильно зависит от толщины слоя золота; при небольшой толщине золота уже даже без отверждения на поверхности ENIG можно обнаружить оксиды никеля. При дополнительном термическом воздействии эти значения существенно возрастают. Разница наиболее очевидна между 40 и 70 нм. При длине волны 90 нм миграция никеля подавляется, поэтому даже после 120 минут отверждения оксиды никеля на поверхности могут сохраняться на низком уровне.

Эти результаты показывают, что с уменьшением толщины золота слой золота становится более пористым и, следовательно, становится проницаемым для миграции никеля.

Поскольку меньшая толщина золота и более высокая пористость слоя золота приводят к повышенному риску образования оксида никеля на поверхности ENIG, это также может повлиять на смачивание припоем окончательной отделки. Тесты на смачивание припоя, такие как тест на растекание припоя, подтверждают это наблюдение. В этом тесте на контактной площадке ENIG печатается и оплавляется припой. Панели были предварительно состарены путем влажного старения и двукратного старения оплавлением перед процессом пайки, чтобы имитировать условия процесса сборки.