ENIG是一种应用广泛的, 高性能的最终修整,因此在最终修整范围内具有重要作用, 特别是在多层(ML)和HDI pcb的生产中, 预计这两种设备在未来的使用都将增加. 在性能和价格方面, ml - pcb占据了一个“甜蜜点”,因为它们以具有竞争力的价格提供了良好的路由密度, 以及人类发展指数市场, 拥有5G等新功能, 从2020年开始,3D传感器的使用将会增加,预计智能手机行业将会有很大的发展.

像这样, ENIG预计将在未来几年占据主导地位,因为它在这两个项目中都扮演着重要角色, 人类发展指数和ML-PCBs.

通常, 中磷镍(MP-Ni)的磷含量(p含量)为7 - 10%, 高磷镍(HP-Ni)的磷含量在10 - 12%之间. 这种p含量的差异影响不同的层的性质,如晶体结构, 外观及耐腐蚀等物理性能. 本文旨在探讨MP-和hp -镍的异同,从而得出关于哪种镍体系最适合哪种应用的潜在结论.

实验和测试方法

厚度分布

在ENIG系统中,镍层作为屏障保护底层的铜, 而金层保护镍层免受氧化,并确保良好的润湿性焊接. 为了完成这些任务,所有层的均匀厚度分布非常重要, 尤其是对黄金层来说, 在什么情况下,厚度变化会受到主要浸没反应的影响,并且有降低总厚度的愿望. 有鉴于此,测量了金的厚度分布,如图1所示.

无花果. 1.:不同镍系在不同浴龄下的厚度分布

结果表明,金在HP上的厚度分布比mp -镍上均匀.

与HP-Nickel, 磷含量越高,镀液的沉积速度就越稳定, 哪个支撑更均匀的沉积层. 这一特点, 此外,在较高的磷浓度下发生的金交换反应更受控制, 这意味着最终的金分布观察到更均匀.

剥落的评价

对于最终组件的可靠性, 关键是没有层间缺陷,如层分离. 调查这, 非常恶劣的条件下,应用非常积极的蚀刻应用3次. ENIG表面处理在应用OSP表面处理之前,将其暴露在微蚀刻步骤中,这与SIT过程中的情况类似. 我们得出这样的结论, HP-Nickel在SIT生产环境下的剥离性能优于MP-Nickel, 与hp -镍的物理层概率相关, 比如无定形结构.
很明显, 蚀刻条件被夸大,并不是典型的应用领域, 然而, 可以确定重要数据, 因为HP-Nickel更能承受最恶劣的环境.

选择性波峰焊接

所有润湿试验都是指焊料的能力, 在焊盘或镀通孔(PTH)的表面均匀分布,从而确保与后来组装的组件良好连接.

选择性波峰焊的主要重点是通孔的性能. 对于pth,焊料必须完全穿过孔,然后湿润每个孔顶部周围的表面(见图2)。.

无花果. 2:选择性波峰焊接试验的PTHs评估

图2 a-c显示了通过测试的样本. 图2 d-f显示了测试失败的示例.

在所有检查条件下,评价不同的金厚度和不同的TH直径(0.8和1.2毫米),通过了选择性波峰焊接-不能观察到脱湿的迹象.

润湿平衡

润湿平衡测试的目的是通过强度(润湿力)和速度(润湿时间)来量化附着力。.

测试原理是测量将焊盘浸入焊料并再次释放时产生的力. 测试步骤示意图和相应的润湿力测量如图3所示.

无花果. 3:湿平衡试验步骤

润湿力定义为最大力与浮力时间之差(红线).
所有润湿测试, 我们得出结论,HP-镍和mp -镍具有可比性, 虽然, 正如前面所讨论的那样, hp -镍更适合严酷和老化的条件.

外观及腐蚀结果

从表面来看, 可以看出,HP-和mp -镍具有不同的晶体结构, hp -镍层的非晶性与mp层的结晶性形成对比. 一般来说,在中p镍层中,镍结核的边界处p含量较低, 在无定形HP层中不能出现这种情况, 在镀金过程中,hp -镍层的浸入式攻击被认为不那么具有侵略性.

无花果. 4:中、高磷层表层图

为HP-Nickel, 在0 ~ 3mto之间没有观察到腐蚀事件, 而mp -镍在老化状态下出现了腐蚀现象. 这支持了上述论点,hp -镍更耐镍腐蚀攻击.

富磷层的IMC测试与研究

先前的多项研究已经证实,金属间化合物(IMC)的出现反映了焊点的质量,并能很好地反映其整体粘接能力.

MP-和HP-Nickel两种体系都没有明显的差别, 显示无缺陷和连续的IMC层.

内模复合材料的质量取决于其机械结合. 因此,更高的表面积与更好的焊点质量相关. 以达到意义, 在3个不同的焊锡球上的3个不同的位置量化了IMC区域. 在0和3 MTO测量内模量, 并比较了两种镍体系的“接收态”和1000 h时效条件.

从所有测试条件来看,HP-镍和mp -镍之间没有显著差异. 这两种系统都显示了相同面积的连续IMC,没有任何缺陷. 由于这, 通过高速剪切试验研究了两种体系焊点的物理性能.

在镍基imc中,出现了磷富集相. 这个Ni3P层或“富p带”被认为比IMC的其余部分更脆弱, 在热暴露过程中,镍溶解到焊料中而形成, 而磷光体则留在IMC层本身. MP-ENIG的p含量约为. 15%在富p区, 可以合理地假设HP-ENIG的价格会更高, 然而在调查, 对于HP-Nickel, Ni3P层的p含量确定为15.5 %. 这意味着没有显著差异.

之前的研究让我们假设富p带的一个差异:HP-ENIG比MP-ENIG显示出更高的富p带厚度. 这就引出了一个问题, 这一额外的厚度是否会增加焊点的整体脆性. 如果是这样的话, 在高速剪切试验中,总能量(TE)值越低,脆性越高.

高速剪切试验(HSS)

HP-ENIG与MP-ENIG总能量比较:

无花果. 5:球贴附后的总能量(mJ)分析及所有时效条件,50 nm Au

对于hp -镍,总能量和因此焊点的延展性稍高. 从这个, 我们的结论是,焊点的脆性不会增加,因此使用hp -镍镀层不会改变ENIG镀层的焊点可靠性,因为这两种镀层的性能相当.

总结一下结果, 可见,富磷层厚度对焊点可靠性的影响较小, 而整合营销传播本身的结构则起着更重要的作用. 既, HP-和MP-ENIG显示了类似的imc, 焊点可靠性, 经HSS测试证明, 是类似的, 尽管在年龄条件下HP-ENIG似乎优于MP-ENIG.

铝丝键合

铝丝键合是ENIG漆面的重要应用, 而黄金预计将在粘结性能方面发挥主导作用, 基体镍层也有一定的影响. 由于HP-和mp -镍具有不同的晶体结构, 研究了对键合的可能影响.

中磷镍的拉伸强度与高磷镍的拉伸强度大致相当, 但如果只看老年人的情况, HP-Nickel的表现优于MP-Nickel.

环境腐蚀测试

最终表面处理的可靠性部分在于能够承受含二氧化硫或盐的高湿度环境, 这在移动应用程序或高湿度的国家是很重要的. 通过Kesternich和NSS(中性盐雾)试验来测定对这些影响的抗性. 这两种测试都表现出良好的重现性,涂层的弱点可以通过光学检测腐蚀点来检测和表征.

在Kesternich压力测试中, 两种镍层体系在接收和老化条件下表现出相似的结果. 由此我们得出结论,浴槽老化状态并不影响最终的环境耐蚀性.

在调查的NSS测试次数中, hp -镍的腐蚀点比mp -镍少. 在较长的测试时间里,这种差异会变得更加显著, 在72小时的暴露之后, mp -镍镀层表面50%以上被完全腐蚀. 这种程度的腐蚀在任何hp镀镍垫片上都没有观察到, 即使在144小时的暴露之后. 因此,hp -镍比mp -镍具有更好的环境保护性能.

Summary

ENIG仍将是HDI和多层PCB市场的主要兴趣. 本研究旨在比较两种ENIG镍体系的性能, 一种含高磷(HP)含量,另一种含中磷(MP)含量.

润湿的性能, 焊点的可靠性和结合能力被发现是相当的两种镍系统.

与mp -镍相比,HP-镍有两个主要的好处, 一是对一般环境腐蚀的抵抗力较好, 另一种是增加了对ENIG腐蚀的抵抗力.

在这个直接比较研究的基础上,可以得出结论, 就镀层可靠性而言,选择MP镍层而不是HP层是没有技术原因的. 相反,在耐腐蚀性方面,HP层具有额外的优势,可以被认为是ENIG应用中MP镍的有效和全功能替代品.

 

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作者

Sandra Nelle -助理产品经理

Thiago-Pugliesi Garcia -应用工程师最终整理

Dr. 布雷塔·沙夫斯特勒-产品经理

古斯塔沃·拉莫斯-全球产品总监