PCB鎳鈀金工藝技術(shù)

PCB鎳鈀金技術(shù)電子產(chǎn)品一直趨向體積細(xì)小及輕巧，同時(shí)包含更多功能而又有更快速的運(yùn)作效率。為了達(dá)到以上要求，電子封裝工業(yè)便發(fā)展出多樣化及先進(jìn)的封裝技術(shù)及方法，使之能在同一塊線路版上增加集成電路(IC)的密度，數(shù)量及種類。增加封裝及連接密度推動(dòng)封裝方法從通孔技術(shù)(THT)到面裝配技術(shù)(SMT)的演化，它導(dǎo)致了更進(jìn)一步的應(yīng)用打線接合的方法(Wirebonding)。縮小了的連接線間距和應(yīng)用芯片尺寸圭寸裝技術(shù)(CSP),使得裝置的密度增大，而多芯片組件(MCM)及系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)(SiP)使得在同一芯片上嵌入更多功能從不可能變成現(xiàn)實(shí)。至今，當(dāng)半導(dǎo)體工業(yè)多年來從縮小線寬來致力于增進(jìn)裝置的性能時(shí)，很少有涉及這樣的想法，也就是在一個(gè)電子系統(tǒng)中，裝置間應(yīng)該通過包含這個(gè)系統(tǒng)的封裝來傳遞信息。大量的I/O需求及訊號(hào)傳送質(zhì)量已成為半導(dǎo)體工業(yè)重要考慮的因素，無論在IC內(nèi)部的連接或把裝置封裝在線路版上,為了達(dá)到可靠的連接，封裝過程的要求及線路版最終表面處理技術(shù)同樣重要。本文章描述影響連接可靠性的主要因素，尤其側(cè)重在打金線接合的應(yīng)用中表面處理的性能。0D目目冃l(wèi)1二■數(shù)r_T_Tj]Cl0D目目冃l(wèi)1二■數(shù)r_T_Tj]Cl宣電代嚴(yán)l-1直:表面處理打線接合的選擇雖然電鍍鎳金能提供優(yōu)良的打金線接合的性能，它有著三大不足之處，而每不足之處都阻礙著它在領(lǐng)先領(lǐng)域中的應(yīng)用。較厚的金層厚度要求使得生產(chǎn)成本上升。在通常所用的厚的金層情況下,由于容易產(chǎn)生脆弱的錫金金屬合金化合物(IMC)，焊點(diǎn)之可靠性便下降。而為了增加焊點(diǎn)之可靠性，可在需要焊錫的地方使用不同的表面處理，然而卻會(huì)造成生產(chǎn)成本上升。電鍍工藝要求使用導(dǎo)線連通每個(gè)線路，這樣就限制了封裝載板的最高線路密度。因?yàn)檫@些限制，使用化學(xué)鍍的優(yōu)勢(shì)表露出來?；瘜W(xué)鍍的技術(shù)包括化學(xué)鍍鎳浸金(ENIG)，化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍金(ENEG)及化學(xué)鍍鎳￥巴浸金(ENEPIG)。在這三種選擇中，ENIG是基本上不用考慮的，因?yàn)樗痪邆涮峁└呖煽啃源蚪鹁€接合的工藝條件(盡管它被用在不重要的消費(fèi)產(chǎn)品的應(yīng)用中)，而ENEG具有和電鍍鎳金同樣高的生產(chǎn)成本，在制程方面亦充滿了復(fù)雜性的挑戰(zhàn)。當(dāng)化學(xué)鍍鎳￥巴浸金(ENEPIG)在90年代末出現(xiàn)時(shí)，但因?yàn)?000年時(shí)，￥巴金屬價(jià)格被炒賣到不合理的高位，使 ENEPIG在市場上的接受延遲了。但是，ENEPIG能夠解決很多新封裝的可靠性問題及能夠符合 ROHS的要求，因此在近年再被市場觀注。除了在封裝可靠性的優(yōu)勢(shì)上，ENEPIG的成本則是另一優(yōu)勢(shì)。當(dāng)近年金價(jià)上升超過US$800/oz,要求厚金電鍍的電子產(chǎn)品便很難控制成本。而鈀金屬的價(jià)格(US$300/oz)則相對(duì)于金價(jià)來說遠(yuǎn)低于一半，所以用鈀代替金的優(yōu)勢(shì)便顯露出來。表面處理的比較在現(xiàn)在的市場，適合用在線路板上細(xì)小引腳的QFP/BGA裝置，主要有4種無鉛表面處理化學(xué)浸錫(ImmersionTin)化學(xué)浸銀(ImmersionSilver)有機(jī)焊錫保護(hù)劑(OSP)化學(xué)鍍鎳浸金(ENIG)下表列舉出這4種表面處理跟ENEPIG的比較。在這4種表面處理中，沒有一種表面處理能滿足無鉛組裝工藝的所有需求，尤其是當(dāng)考慮到多重再流焊能力、組裝前的耐儲(chǔ)時(shí)間及打線接合能力。相反，ENEPIG卻有優(yōu)良耐儲(chǔ)時(shí)間，焊點(diǎn)可靠度，打線接合能力和能夠作為按鍵觸碰表面，所以它的優(yōu)勢(shì)便顯示出來。而且在置換金的沉積反應(yīng)中，化學(xué)鍍鈀層會(huì)保護(hù)鎳層防止它被交置換金過度腐蝕。不同表面處理性能之比較8PrEMCENEPIGImmer^oHSrkverItMtnerstoHTin(在控族牛TVY坨月?，>12^=1空冃u12月■■>…月菲面之艷，Handling/QjntactwithSolderingSurf*簡琳卿面平正性.5M7LandSurfacePlan耳cityr平’平」平，平J平，參重再流焊?MultipleReflow-Cycles奸f良.，良」好弓良.，jf手良.，舸不曲 埠亂.NoCleanFluxUtage..PTHAviafill無影腥焊舸器SolderJointReliability良-如能匡生產(chǎn)片涔電"bhckpad"的出現(xiàn)宜加礙面之翹空曲覆：.用左打盤住臺(tái).，GoldWirebondingi種.，可阿.，Electrical:TestProbing差.劇體面有可，可：可，可箋裝后之腐也CorrosionRiskafterA55embly-i會(huì)，祁，祁r祁，會(huì)’ContactSurf日ceAppli'-catian&iT--可，可：當(dāng)考慮到表面處理在不同組裝方法上的表現(xiàn)，ENEPIG能夠?qū)?yīng)和滿足多種不同組裝的要求。

表2不同表面處理對(duì)不同組裝方法之表現(xiàn)1s<=iENEPIG差ThroughHaleTechnslogyFlip^iip/3ABSMT/BGAWireBond蠶務(wù)SOENIG表2不同表面處理對(duì)不同組裝方法之表現(xiàn)1s<=iENEPIG差ThroughHaleTechnslogyFlip^iip/3ABSMT/BGAWireBond蠶務(wù)SOENIGISn-.?yV-f-當(dāng)厚度盲崎」介面之fit?空障更倉出現(xiàn)■champagnevoids'F?可打融參重再盍捍打金線接合可靠性的比較在相同打線接合的條件下（用第二焊點(diǎn)拉力測(cè)試2ndbondpulltest）,ENEPIG顯現(xiàn)出跟電鍍鎳金相約的打金線接合可靠性。

電鬣蟆蠱1現(xiàn)悅謐之后輕徵地高于平均拉］平均拉力＞8g.力>9g'i程打線接臺(tái)后把樣加諫老化打線接臺(tái)輕徴地高于平均撿平均拉力＞8g|本笊在i5or烤箱?力煥烤4小時(shí)?8.5g碩理鶴試3把祥未枚在1H比烤加速老化（仿真固晶経微地葛于平均拉平均拉力_＞■8g箱烘烤q小時(shí)粘臺(tái)剤工序）＞豳4把祥本屋露于桎擬一樂不覺控制的輕微地高于平繪拉平均拉力＞8g啟品V站瞬旦瀟濕度葩藏環(huán)it力下12小時(shí)>8.5gENEPIG樣本抗拉力測(cè)試中，觀察到主要的打線接合失效模式是斷裂在金線及十分之少量的在頸狀部位。沒有金線不接合和接合點(diǎn)斷的情況發(fā)生

結(jié)論-使用ENEPIG的好處：ENEPIG最重要的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)間有優(yōu)良的錫焊可靠性及打線接合可靠性，優(yōu)點(diǎn)細(xì)列舉如下:防止“黑鎳問題”的發(fā)生-沒有置換金攻擊鎳的表面做成晶粒邊界腐蝕現(xiàn)象化學(xué)鍍鈀會(huì)作為阻擋