Perché lo spessore dello strato d'oro in ENIG è importante per la saldatura

Mar 06, 2024

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Il compito principale della finitura finale è quello di proteggere il tampone di rame dall'appannamento o dall'ossidazione mantenendo contemporaneamente attiva la superficie per l'assemblaggio. Il nichel chimico/oro per immersione (ENIG) è una finitura ampiamente accettata sul mercato che offre una buona saldabilità e capacità di incollaggio di fili in alluminio. Una delle funzioni principali dello strato d'oro è quella di prevenire l'ossidazione dello strato di nichel.

Tipicamente, lo spessore del deposito segue le raccomandazioni specificate nell'IPC 4552, che suggerisce uno spessore minimo accettabile dell'oro come xmean - 3σ(sigma) ≥ 0,04 µm1. Come potenziale risposta alla crescente domanda di riduzione dei costi nel settore dei circuiti stampati (PCB), la riduzione dello spessore target dell'oro può essere un'opzione per contribuire a ridurre il costo del metallo prezioso della finitura.

Gli elettroliti di doratura applicati per le finiture ENIG possono essere classificati in tre diversi tipi: elettroliti d'oro del tipo a immersione completa ed elettroliti d'oro a reazione mista. Per gli elettroliti d'oro per immersione, la deposizione è completamente guidata dalla reazione di immersione che scioglie il nichel per fornire gli elettroni per la placcatura in oro. Per ridurre l'attacco immersivo al nichel, negli ultimi anni sono stati sviluppati elettroliti che presentano proprietà più autocatalitiche. Poiché il meccanismo di reazione è tipicamente basato su una combinazione di reazione di immersione e reazione autocatalitica, questi elettroliti possono essere descritti come tipo oro a reazione mista. A seconda del tipo di additivo o riducente varia il rapporto immersione/reazione autocatalitica. Maggiori proprietà autocatalitiche forniscono i vantaggi di un aumento lineare dello spessore nel tempo e di una distribuzione dello spessore inferiore rispetto ai bagni di tipo ad immersione.

In particolare, la distribuzione dello spessore dell'oro può variare con il tipo di elettrolita e, per gli elettroliti d'oro ad alta immersione, può dipendere fortemente dalla temperatura di placcatura. Una diminuzione della temperatura di soli 15°C può portare ad una riduzione dello spessore del deposito del 20% e oltre. Pertanto una cattiva distribuzione della temperatura nella vasca di placcatura può facilmente contribuire ad una cattiva distribuzione dello spessore dell'oro sul pannello. Allo stesso tempo, uno spessore basso dell’oro comporta un alto rischio di formazione di strati porosi.

Le misurazioni elettrochimiche in cui la finitura ENIG è stata esposta all'elettrolita corrosivo mostrano che con un basso spessore dell'oro, la corrente misurata varia in un ampio intervallo, mentre da 0,05 nm e oltre, lo strato d'oro sembra essere sufficientemente denso da garantire una buona protezione contro l'elettrolita corrosivo. attacco dell’elettrolita acido. Il grafico nella Figura 1 illustra il rischio di una maggiore porosità dello strato d'oro con uno spessore target dello strato d'oro basso.

Per simulare l'effetto di uno strato d'oro poroso sulle proprietà ENIG dopo l'invecchiamento, è stata eseguita l'analisi della superficie XPS su campioni trattati termicamente. I campioni, con strati di oro di spessore variabile di 40, 70 e 90 nm, sono stati temperati a 150°C per 30 minuti e 120 minuti e quindi confrontati con un riferimento. I risultati dell'XPS mostrano che con l'aumento dei tempi di indurimento si può rilevare un contenuto maggiore di nichel e ossigeno. Questo effetto dipende fortemente dallo spessore dello strato d'oro; con un basso spessore dell'oro, già anche senza polimerizzazione, sulla superficie dell'ENIG possono essere rilevati ossidi di nichel. Con un'ulteriore esposizione termica, questi valori aumentano in modo significativo. La differenza è più evidente tra 40 e 70 nm. A 90 nm la migrazione del nichel è inibita, per cui anche dopo 120 minuti di indurimento gli ossidi di nichel sulla superficie possono essere mantenuti a un livello basso.

Questi risultati indicano che con la diminuzione dello spessore dell'oro, lo strato d'oro è più poroso e quindi diventa permeabile alla migrazione del nichel.

Poiché uno spessore inferiore dell'oro e una maggiore porosità dello strato d'oro comportano un aumento del rischio di formazione di ossido di nichel sulla superficie dell'ENIG, è probabile che ciò influenzi anche la bagnatura della saldatura della finitura finale. I test di bagnatura della saldatura, come il test di diffusione della saldatura, confermano questa osservazione. In questo test, un deposito di saldatura viene stampato sul tampone ENIG e rifuso. I pannelli sono stati pre-invecchiati mediante invecchiamento umido e 2x invecchiamento a rifusione prima del processo di saldatura per simulare le condizioni del processo di assemblaggio.