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1化學鎳/金製程ElectrolessNickel/ImmersionGold制作人制作人::顾传兵顾传兵2攜帶式電話攜帶式電話呼叫器呼叫器計算機計算機電子字典電子字典電子記事本電子記事本記憶卡記憶卡筆記型筆記型PCPC掌上型掌上型PC(PDA)PC(PDA)掌上型遊戲機掌上型遊戲機PCPC介面卡介面卡ICIC卡卡NETWORKNETWORK化學Ni/Au板主要應用3製程特徵1.1.在綠漆之後施行選擇性鍍鎳在綠漆之後施行選擇性鍍鎳//金金,,採掛籃式作業採掛籃式作業,,無須通電無須通電..2.2.單一表面處理即可滿足多種組裝須求單一表面處理即可滿足多種組裝須求..具有可焊接、可接觸導通、可打線、具有可焊接、可接觸導通、可打線、可散熱等功能可散熱等功能..3.3.板面平整、板面平整、SMDSMD焊墊平坦焊墊平坦,,適合於密距窄墊的鍚膏熔焊適合於密距窄墊的鍚膏熔焊..4化Ni/Au板鍍層厚度須求Ni/PNi/P層層:80:80~200~200μμ””AuAu層層::SMT1SMT1~3~3μμ””ThermalsonicThermalsonicBondingBonding--AuAu線線55~20~20μμ””UltrasonicBondingUltrasonicBonding--AuAu線線1.21.2μμ””UltrasonicBondingUltrasonicBonding--AlAl線線--------------7化學Ni/Au製程脫脂酸性清潔劑Rinse微蝕過硫酸鈉Rinse酸洗硫酸Rinse預浸活化Pd觸媒Rinse后浸可以去除Rinse化學鎳Ni/P合金P=6-10%Rinse浸鍍金RinseDry置換型薄金浸鍍金6酸性清潔劑主成份(1)硫酸或有机酸(2)界面活性劑作用(1)去除銅面輕微氧化物及污物(2)降低液體表面張力,將吸附於銅面之空氣及物排開,使藥液在其表面擴張,達潤溼效果反應CuO+2H+→Cu+H2O2Cu+4H++O2→2Cu2++2H2ORCOOH’+H2O→RCOOH+R’OH7微蝕SPS主成份(1)過硫酸鈉(2)硫酸作用(1)去除銅面氧化物(2)銅面微粗化,使與化學鎳層有良好的密著性反應NaS2O8+H2O→Na2SO4+H2SO5H2SO5+H2O→H2SO4+H2O2H2O2+Cu→CuO+H2OCuO+H2SO4→CuSO4+H2O8酸洗5%H2SO4主成份主成份--硫酸硫酸作用作用--去除微蝕後的銅面氧化物去除微蝕後的銅面氧化物反應反應CuOCuO+H+H22SOSO44→→CuSOCuSO44+H+H22OO9預浸1%H2SO4主成份:硫酸作用(1)維持活化槽中的酸度(2)使銅面在新鮮狀態(無氧化物)下,進入活化槽反應CuO+H2SO4→CuSO4+H2O10活化主成份(1)硫酸鈀(2)硫酸作用(1)在銅面置換(離子化趨勢CuPd)上一層鈀,以作為化學鎳反應之觸媒反應陽極反應Cu→Cu2++2e-(E0=-0.34V)陰極反應Pd2++2e-→Pd(E0=0.98V)全反應Cu+Pd2+→Cu2++Pd11化學鎳作用:在活化後的銅面鍍上一層Ni/P合金,作為阻絕金與銅之間的遷移(Migration)或擴散(Diffusion)的障蔽層.主成份:(1)硫酸鎳-提供鎳離子(2)次磷酸二氫鈉-使鎳離子還原為金屬鎳(3)錯合劑-形成鎳錯離子,防止氫氧化鎳及亞磷酸鎳生成,增加浴安定性,pH緩衝(4)pH調整劑-維持適當pH(5)安定劑-防止鎳在膠體粒子或其他微粒子上還原(6)添加劑-增加被鍍物表面的負電位,使啟鍍容易及增加還原效率12H2PO2-+H2O→HPO32-+2H++2e-次磷酸根氧化釋放電子(陽極反應)Ni2++2e-→Ni鎳離子得到電子還原成金屬鎳(陰極反應)2H++2e-→H2↑氫離子得到電子還原成氫氣(陰極反應)H2PO2-+e-→P+2OH-次磷酸根得到電子析出磷(陰極反應)總反應式:Ni2++H2PO2-+H2O→H2PO3-+2H++Ni電化學理論特性Ni/P(化学镍)電鍍鎳浴pH4.4~5.02~4.5操作溫度(℃)80~8550~60析出速度(μ/hr)400~600960浴壽命4~5MTO半永久性成本10.2鍍層成份Ni:90~94%Ni≧99.5%鍍層組織非晶質微晶質融點(℃)890左右1450電阻係數(μΩ-cm)60左右8~15熱膨脹係數(μm/m/℃)13~1514~17熱傳導率(Cal/cm/sec)0.010~0.0130.118~0.120密度(g/cm3)7.9~8.18.8硬度(Vickers)570左右200~500伸張率(%)3~65~30內應力(kg/mm)3~7(拉張應力)38~140(壓縮應力)磁性非磁性磁性厚度均一性±5%不定耐蝕性優於電鍍Ni比Ni/P差Cu材直接不能可以Ni/P(化学镍)與電鍍鎳i之比較Ni/P鍍層的腐蝕速度Ni溶解於1NHCL(1dm2,24hr,1L)0501001502002503003504004505005678910P%Ni濃度(ppm)15PdPdNi-PGrain沉積CuPd2+CuCuCu2+1.活化2.Ni/P沉積3.Ni/P持續生長Ni-P16Ni/P晶粒隨鍍鎳時間增大0min2min7min15min30min60min17Ni濃度及pH對Ni/P的晶粒大小的影響Ni=4g/LNi=5g/LpH=4.4pH=4.8註)以上照片,Ni厚度皆控制於約5μm.18Ni濃度及pH對Ni/P析出速度的影響345601020Ni濃度[g/L]析出速度[μm/hr]Make-upNi=4.5-5.0g/LpH=4.64.44.64.801020pH析出速度[μm/hr]Make-uppH=4.4-4.8Ni=4.8g/L19不同觸媒的影響Pd鹽酸浴Pd硫酸浴Ru觸媒20銅面前處理對Ni/P晶粒形態的影響噴砂研磨刷磨銅面鍍Ni後磨刷噴砂1min2min5min24min銅面鍍鎳後×50001min2min5min24min22Ni/P晶粒大小主要因素:Ni/P厚度Ni/P晶粒大小的分佈-銅表面形態(銅面前處理----磨刷,噴砂研磨,等.)-觸媒的種類(銅面觸媒的密度,強度等)焊錫性與Ni/P的晶粒大小無關EL-Ni/P控制器補充裝置1)取樣化学镍缸3)訊號2)2)分析分析4)補充補充系統補充系統25置換型薄金主成份(1)金氰化鉀KAu(CN)2(2)有機酸(3)螯合劑作用(1)提供Au(CN)2—錯離子來源,.在鎳面置換(離子化趨勢NiAu)沉積出金層(2)防止鎳表面產生鈍態並與溶出的Ni2+結合成錯離子.(3)抑制金屬污染物(減少游離態的Ni2+,Cu2+等).反應陽極反應Ni→Ni2++2e-(E0=0.25V)陰極反應Au(CN)2-+e-→Au+2CN-(E0=0.6V)Ni+Au(CN)2-→Ni2++Au+2CN-26置換金vs.電鍍金底材會有針孔腐蝕底材會有針孔腐蝕厚度限制厚度限制管理容易管理容易壽命壽命::約約55--1010gg--Au/LAu/L底材無針孔腐蝕底材無針孔腐蝕無厚度限制無厚度限制管理容易管理容易壽命壽命::半永久性半永久性置換金電鍍金27置換金反應離子化趨勢NiAuNiNi→Ni2++2e-E0=0.25VAu(CN)2-+e-→Au+2CN-E0=0.6VNi2++錯合劑→Ni錯離子Ni/P28置換金-不同的浸漬時間金層剝離後10分10分20分20分30分30分剝金前Au厚度2.6μ”剝金前Au厚度2.6μ”剝金前Au厚度3.9μ”剝金前Au厚度3.9μ”剝金前Au厚度4.6μ”剝金前Au厚度4.6μ”29焊錫潤濕性錫球置於Pad上,然後熔融.焊錫潤濕性-定義為錫球熔融後的面積與原錫球的最大截面積(投影面積)比.條件錫/鉛球:φ0.76mm,63/37助焊劑:‘alphametals’R5003溶融溫度:230℃x5sec.焊錫潤濕性評估方法-依照右列計算式.arb•r=(a+b)/2/2•焊錫(潤濕)性=3.14r2/3.14(0.76/2)230Sn/Pb焊接Sn/PbCuNi/PAuSn/Au合金層Sn/Ni合金層3101020304050600123456Aucontent(mass%)Fractureelongation(%)Fractureelongationofsolder(63%Sn)dependonAucontent32熔融前熔融前熔融後熔融後焊錫潤溼性與Ni/P厚度(Au0.05μm)02468100102030Ni厚度(μm)焊錫潤溼性烘烤後(150℃x3hrs)Flex.PCBRigidPCBapplicationHighCostLowProductivityCuMigrationUsable34Solderballsheartestmethod*Shearstrength*ClassificationofshearmodeA:SoldershearB:Niappear<50%C:Niappear>50%D:SubstratePeelToolLift50umSheartestRinseReflowFluxcoatingandsolderballsettingHeattreatmentPWBFlowchartofsheartestIllustrationofsheartestAssessmentpointsSn/Pbsolder230oC40sec.R-typeFluxShearSpeed170um/sec.綠漆殘膜X50X50X500X500Ni層嚴重腐蝕Ni層嚴重腐蝕CuAu綠漆正常板正常板異常板異常板異常板異常板異常板異常板38局部露銅SEMX300SEMX300光學顯微鏡X500光學顯微鏡X500NiCuS/M39綠漆殘膜噴錫噴錫化Ni/Au化Ni/Au化Ni/Au化Ni/Au化Ni/Au化Ni/Au40綠漆殘膜41問題複製銅面銅面化Ni/Au後:化Ni/Au後:結論:1.化學Ni鍍層在置換金藥液中浸漬時間過久,會使Ni鍍層遭受過度腐蝕.2.化學Ni/Au鍍層會鑽進綠漆薄膜之下,但容易受留存的藥液腐蝕.改善方法:1.1避免鍍金時間過長(控制金厚度1–3μ”)2.1改善顯影品質,以得到乾淨的銅面.2.2加強顯影後的水洗效果(換槽,進水量,噴壓等).2.3增加顯影機滾輪(尤其是吸水滾輪)的清洗頻率2.4鍍金後及包裝前徹底洗淨.43UyemuraProcess化學鎳/金製程控制制作人制作人::顾传兵顾传兵44製程控制要點剝Sn/Pb線路上Sn/Pb須完全剝離.*銅面上若有以下元素Zn,Cd,Sn,Pb,Sb,Bi,S,Cr會抑制化學鎳反應45綠漆綠漆((SolderMask)SolderMask)(1)選擇耐化性良好的綠漆.(2)印綠漆前銅面適當的粗化及避免氧化.(3)適當的厚度,稍強的曝光能量及減少顯像後的側蝕.(4)避免曝光後的板子放置過久,使得光阻劑在銅面上過度老化,不易顯乾淨.(5)注意顯像液的管理.(6)顯像後充分的噴水洗,避免任何顯像液在銅面殘留.(7)增加出料段輸送滾輪(尤其是吸水滾輪)的清洗頻率.(8)避免過度烘烤,造成綠漆脆化.46刷磨或Pumice處理使用#1000刷輪輕刷,注意刷幅及水壓,避免銅粉在板面殘留.47掛架1.TEFLON包覆,表面須光滑無氣孔,破損時須重新包覆.2.定時將掛架上沉積的鎳金層剝離.48微蝕SPS咬銅40–80μ”即可,避免過度咬蝕.*過度咬蝕易造成鍍化Ni後,綠漆側邊在與銅面交界處浮離.49微蚀操作條件zz過硫酸鈉過硫酸鈉濃度濃度100(80100(80––120)120)g/lg/lzz硫酸硫酸(97%)10(10(97%)10(10––20)20)ml/lml/lzz銅含量銅含量33––2020g/lg/lzz溫度溫度25(2025(20––30)30)℃℃zz時
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