摘要

PCB化學(xué)鎳鈀金（ENEPIG）鍍層能同時(shí)滿意外表貼裝，導(dǎo)電膠粘接，金絲/鋁絲鍵合等工藝要求，在微組裝工藝應(yīng)用一天一天地走向廣泛。研討了在微組裝工藝中，化學(xué)鎳鈀金PCB在金絲鍵合和焊點(diǎn)靠得住性方面顯露出來的工藝品質(zhì)問題，剖析了影響工藝靠得住性的機(jī)理和端由，提出了該工藝靠得住性扼制的處理辦法。

引言

PCB化學(xué)鎳鈀金（ENEPIG）鍍層能同時(shí)滿意外表貼裝、導(dǎo)電膠粘接和金絲/鋁絲鍵合工藝。MiladG和林金堵等人對(duì)化學(xué)沉鎳鈀金的應(yīng)用前面的景物給與高度名聲。在鎳和金之間參加薄的一層鈀，阻擋浸金工藝中金對(duì)鎳的殲擊，徹底避免“黑焊盤”現(xiàn)象。該工藝的金層很薄（普通小于0.1 μm），用焊錫回流焊時(shí)，不存在形成AuSn4脆性金屬間化合物，不存在金脆風(fēng)險(xiǎn)。不必電鍍厚金工藝線，工藝簡(jiǎn)化，保障了微波電路性能。相對(duì)于金，鈀的價(jià)錢較低，鈀、金的厚度都很薄，該工藝在成本扼制方面很有競(jìng)爭(zhēng)力。PENGSP等人研討覺得EPENIG能和無鉛焊料SAC305形成堅(jiān)固靠得住的焊點(diǎn)，該鍍覆層滿意Rohs要求。

化學(xué)鎳鈀金工藝在海外已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛，近年來該工藝在國內(nèi)部策應(yīng)用漸漸推廣。國內(nèi)對(duì)該工藝的研討逐層開展，涵蓋工藝過程剖析、應(yīng)用研討和品質(zhì)扼制等。因?yàn)樵摴に嚩笾茝?fù)雜，假如鍍層參變量字控制制不合適或組裝工藝過程參變量不定，就容易對(duì)產(chǎn)質(zhì)量量和靠得住性導(dǎo)致影響，主要表如今金絲鍵合性和BGA部件的燒焊靠得住性問題。

1 鎳鈀金PCB的金絲鍵合性

P C B 的 化 學(xué) 鎳 鈀 金 工 藝 是 在 化 學(xué) 沉 鎳 金（ENIG）鍍覆層半中腰加一層鈀，滿意一定厚度和外表狀況的化學(xué)沉鎳鈀金鍍覆層具備令人滿意的錫焊性能和金絲鍵合性能，具備十分高的靠得住性。不過，不一樣PCB廠家的不一樣工藝扼制、組裝工藝流程和不同的材料對(duì)金絲鍵合性能有不一樣的影響。

1.1 鍍層厚度的影響

不一樣PCB廠家運(yùn)用的電鍍藥水兒不一樣，扼制水準(zhǔn)不一樣，PCB線路板鍍覆層厚度區(qū)別較大，表1為A、B、C 三個(gè)廠家的鎳鈀金PCB線路板鍍覆層典型值及鍵合張力。

表1 A、B、C 廠的鎳鈀金PCB鍍覆層參變量

盡管上面所說的PCB線路板的鍍覆層厚度差別較大，但只要外表平整，外部顏色金黃，光澤平均無差別都能滿意手動(dòng)鍵合和半自動(dòng)金絲鍵合的要求。

化學(xué)沉鈀層結(jié)構(gòu)細(xì)致精密，夾在鎳和金之間，能夠管用阻擋鎳向金廓張，鈀層品質(zhì)和厚度對(duì)金絲鍵合工藝的靠得住性至關(guān)關(guān)緊，厚度方面不適宜太薄。資料表明，ENEPIG金絲鍵合及靠得住性嘗試后，鈀層應(yīng)完整，鈀層厚度≥0.10 μm。金層本身具備令人滿意的金絲鍵合有經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)榧?xì)致精密鈀層的盡力照顧阻擋了浸金工藝過程中金對(duì)鎳層的殲擊，金層純凈度高，較薄的金層（≥0.05 μm）就能滿意金絲鍵合需要，更厚的金層可保證金絲鍵合工藝的牢穩(wěn)性和靠得住性。
1.2 外表狀況的影響

因?yàn)?strong>PCB加工步驟多，化學(xué)鎳鈀金工藝扼制復(fù)雜，國內(nèi)有的PCB廠家工藝扼制不定，在PCB鍵合焊盤外表存在各種欠缺，例如保潔性差，外表污染、鍍層欠缺等， 這些個(gè)欠缺對(duì)SMT燒焊工藝可以牽強(qiáng)湊合接納，對(duì)金絲鍵合工藝是不可以接納的，典型欠缺類型如圖1所示。PCB金絲鍵合焊盤外表鍍層殘缺，存在露銅或露鎳的欠缺，金層被磨耗，PCB焊盤中孔外表氣臌，沒有辦法鍵合金絲。

圖1 PCB外表鍍層欠缺影響鍵合

1.3 微組裝工藝過程的影響

在微組裝工藝過程中，化學(xué)鎳鈀金鍍層的PCB禁受的工藝過程復(fù)雜，涵蓋多次回流焊、清洗及多次導(dǎo)電膠粘接等工步。每一步都會(huì)對(duì)化學(xué)沉鎳鈀金焊盤外表導(dǎo)致污染，影響金絲鍵合性。SMT工藝回流燒焊中，焊錫膏的微量助焊藥遺留對(duì)化學(xué)沉鎳鈀金焊盤的可鍵合性影響非常大，對(duì)焊錫膏的類型、清洗的形式和清洗工藝參變量都應(yīng)嚴(yán)明挑選和扼制。組裝工藝流程宜盡力簡(jiǎn)化，防止多次燒焊，特別是凹腔內(nèi)的燒焊和清洗。

2 SMT焊點(diǎn)的靠得住性

理論上，PCB化學(xué)鎳鈀金鍍層在鎳和金之間參加薄的一層鈀，阻擋浸金工藝中金對(duì)鎳的殲擊，徹底避免“黑焊盤”現(xiàn)象。在實(shí)職中，工藝扼制不合適，也會(huì)萌生“黑焊盤”現(xiàn)象，影響SMT焊點(diǎn)的靠得住性，對(duì)產(chǎn)質(zhì)量量導(dǎo)致危害。

2.1 BGA植球強(qiáng)度低的問題現(xiàn)象（1）

某廠家出產(chǎn)的某批次化學(xué)鎳鈀金鍍層PCB基板植球后，在出產(chǎn)過程中發(fā)覺錫球剪切力異常偏低。用鎢針或切除縫合刀可以輕松推落錫球，閃現(xiàn)脆性斷開標(biāo)準(zhǔn)樣式，遺留焊盤如圖2所示。整個(gè)兒批次基板閃現(xiàn)大致相似問題，不區(qū)別焊盤位置。斷開界面一小批是在Ni和金屬間化合物（IMC）之間，一小批在焊料和IMC之間。

圖2 化學(xué)沉鎳鈀金PCB基板SAC305植球脆性斷開

挑選其它批次的同型號(hào)基板，依照像同的工藝條件植球，以相同形式推錫球，錫球不易脫落，大多數(shù)錫球有表面化范性拉伸變型，脫落后大部分有焊料遺留于焊盤，閃現(xiàn)范性斷開標(biāo)準(zhǔn)樣式，不一樣批次化學(xué)沉鎳鈀金PCB基板BGA植球剪切力見表2。

表2 不一樣批次化學(xué)沉鎳鈀金PCB基板BGA植球剪切力

依照GJB7677-2012球柵陣列嘗試辦法中焊球剪切強(qiáng)度引薦值，對(duì)直徑0.5 mm的焊錫球，最小剪切力為3.5 N。固然脆性斷開的PCB的錫球剪切力大于該值，不過相比較剪切力嘗試最后結(jié)果，脆性斷開PCB均勻剪切力低約1.20 N，該強(qiáng)度差別在高速應(yīng)力加載條件下表現(xiàn)出來應(yīng)更為表面化。

2.2 顯微結(jié)構(gòu)剖析

對(duì)不一樣批次產(chǎn)品做切片剖析，仔細(xì)查看金屬間化合物的形貌。圖3（a）是BGA球脆性斷開的顯微照片兒，圖3（b）是BGA球范性斷開的顯微照片兒。在圖3（a）中表面化仔細(xì)查看到鎳層被貫穿剝蝕現(xiàn)象。

圖3 BGA植球斷開的顯微照片兒

用專用藥水兒對(duì)不一樣批次產(chǎn)品的化學(xué)鎳鈀金焊盤外表施行褪金處置，圖4（a）是問題PCB線路板的鈀層外表照片兒，鈀層外表呈銀白的顏色，圖形殘缺，有貫穿腐蝕的殘跡。圖4（b）是正常PCB線路板的鈀層外表照片兒，外表呈銀白的顏色，圖形完整，平均細(xì)致精密，同顯微切片最后結(jié)果完全一樣。

圖4 去金后鈀層外表照片兒

2.3 BGA植球強(qiáng)度低的問題現(xiàn)象（2）

某廠家出產(chǎn)的微波混壓板為化學(xué)鎳鈀金鍍覆層，認(rèn)為合適而使用SMT+微組裝工藝，外表組裝了大尺寸的BGA部件，組裝運(yùn)用SAC305焊錫膏，回流焊工藝參變量正常。某批次產(chǎn)品在常理的跌落嘗試中，一次或兩次嘗試后就顯露出來了BGA部件群體從母板上剝離的現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 BGA部件焊剝削離日的光輝片兒

可見，BGA部件從母板上脫滯后，焊盤上幾乎沒有焊料遺留，可以下定論為脆性斷開。

為了剖析微波混壓板的鍍層低檔異，挑選了不一樣批次相同鍍覆層厚度的PCB線路板，植直徑0.5mmSAC305錫球；施行多次回流焊，考察剪切力變動(dòng)事情狀況，為了比較鍍層的影響增加了化學(xué)沉鎳金鍍層的數(shù)值，最后結(jié)果見表3。

表3 化學(xué)鎳鈀金PCB板BGA植球多次回流焊后的剪切力

正常基板鈀鍍層的能譜剖析（見表4）表明，除開鈀、鎳元素外，還有較低含量的磷（品質(zhì)百分率為5.23百分之百）。問題基板鈀鍍層的能譜剖析，除開鈀、鎳元素外，還有較高含量的氧氣（品質(zhì)百分率為12.07百分之百），與面前的照片兒剖析完全一樣，證實(shí)問題基板焊盤外表已被氧氣化。

表4 正常基板和問題基板去金后的能譜剖析最后結(jié)果

該類基板的鈀層固然偏厚，不過不夠細(xì)致精密，鈀層外表存在微孔與鎳層聯(lián)通，鎳層疑似有微小腐蝕，在化學(xué)浸金時(shí)金對(duì)鎳層發(fā)生了殲擊，萌生了“黑焊盤”現(xiàn)象，引動(dòng)BGA部件貼裝后的脆性斷開，如圖6所示。

圖6 焊球與阻焊兩地相連處表面化仔細(xì)查看到鎳腐蝕通道

問題NiPdAu基板燒焊后界面IMC與正常基板形態(tài)有較大區(qū)別，問題NiPdAu基板界面IMC呈針狀，正常NiPdAu基板界面IMC呈島狀，沉鎳金基板界面IMC一樣閃現(xiàn)島狀。針狀金屬間化物的應(yīng)力較大，隨著再流焊回?cái)?shù)的增加，大小膨脹造成剪切輕度迅疾減退，如圖7所示。問題基板的剪切后焊盤遺留為Ni層，外表斷開界面為IMC與Ni層，屬脆性斷開，不可以接納。正常基板剪切遺留IMC或IMC與焊球金屬混合界面，斷開界面為IMC與焊球金屬之間，為塑性斷開。

圖7 問題基板三次回流焊后斷開的顯微切片

2.4 端由剖析及PCB加工處理辦法

脆性斷開的PCB基板化學(xué)鎳鈀金外觀顏色正常，干凈無污染，金絲鍵合名聲正常。鍍覆層厚度的典型值為：鎳3.0～5.0 μm，鈀0.1～0.2 μm，金鈀0.1～0.2 μm。

NiPdAu基板同SAC305焊料回流燒焊過程中，基板外表的金和鈀率先同焊料中的錫迅疾反響形成（AuPdNi）Sn 4 合金，絕對(duì)廓張到焊料中；隨即同鄰近焊料形成細(xì)致精密的（Cu，Ni） 6 Sn 5 金屬間化合物，在金屬間化合物與鎳層之間界面上形成一薄層Ni 3 P。因?yàn)镹i 3 P上遮蓋一層（Cu，Ni） 6 Sn 5 ，造成Ni（P）外表的Ni耗費(fèi)較小，保障了焊點(diǎn)的靠得住性。

對(duì)于鎳腐蝕和鈀層殘缺現(xiàn)象，出產(chǎn)過程中鈀槽負(fù)載較低是造成鈀淤積不好造成的主要端由。應(yīng)該樹立鈀槽負(fù)載的扼制標(biāo)準(zhǔn)（如：0.3～0.7 dm 2 /L），維持藥水兒活性。化學(xué)浸金時(shí)，副反響會(huì)造成金透過鈀層欠缺位置殲擊鎳，鎳腐蝕導(dǎo)致黑焊盤現(xiàn)象。因?yàn)椴糠趾诤副P的存在，造成焊點(diǎn)強(qiáng)度大幅度減退。鎳鍍層因?yàn)榭珊感圆畈豢梢耘c焊料形成令人滿意的金屬間化合物,焊盤與焊球之間未形成令人滿意的金屬間化合物,最后造成元部件因焊點(diǎn)強(qiáng)度不夠而從PCB中剝離。

3 結(jié) 論

PCB化學(xué)鎳鈀金鍍層能同時(shí)滿意微組裝工藝牽涉到的全部工藝要求，如外表貼裝、導(dǎo)電膠粘接和金絲/鋁絲鍵合工藝等，成本低，極具競(jìng)爭(zhēng)力，但這種鍍層盡管理論上防止了鎳腐蝕問題，但在實(shí)際出產(chǎn)中因?yàn)殄儗庸に嚥缓线m，也會(huì)萌生鎳腐蝕和鈀層殘缺的欠缺。該工藝在多芯片組件（MCM）等的微組裝工藝中，應(yīng)用比例越來越大。要保障產(chǎn)質(zhì)量量，在PCB加工和入廠檢查驗(yàn)看方面務(wù)必增強(qiáng)品質(zhì)扼制，具體處理辦法涵蓋：

1）PCB廠家應(yīng)加嚴(yán)化學(xué)鎳鈀金藥水兒和工藝參變量的監(jiān)控，保證工藝品質(zhì)牢穩(wěn)，除開各鍍層厚度參變量外，鈀層品質(zhì)務(wù)必平均細(xì)致精密，無氧氣化，外觀平整細(xì)致精密，顏色金黃。

2）入廠檢查驗(yàn)看時(shí)，對(duì)金絲鍵合的張力、焊球剪切力及斷開形式施行監(jiān)控，不可缺少時(shí)以金相切片仔細(xì)查看是否有鎳腐蝕。