SI-list【中国】Wire bonding表面处理工艺介绍--化学镀镍钯浸金（ENEPIG）

电子产品正朝着体积更小、重量更轻、功能更多、运行效率更快的方向发展。为了满足上述要求，电子封装行业开发了多样而先进的封装技术和方法，以提高同一电路板上集成电路（IC）的密度、数量和种类。封装和连接密度的提高推动了封装方法从通孔技术（THT）向表面贴装技术（SMT）的演变，并导致了引线键合方法的进一步应用（）。连接线间距的减小和芯片级封装技术（CSP）的应用提高了器件的密度，而多芯片模块（MCM）和系统级封装技术（SiP）使得在同一芯片上嵌入更多功能成为可能。到目前为止，当半导体行业多年来一直致力于通过减小线宽来提高器件性能时，却很少涉及到在电子系统中，器件应该通过包含系统的封装来传输信息的想法。大量的I/O需求和信号传输质量已成为半导体行业的重要考虑因素。无论是IC内部的连接，还是器件封装在电路板上，为了实现可靠的连接，封装工艺的要求和电路板最终的表面处理技术同样重要。

本文介绍了影响连接可靠性的主要因素，特别关注金线键合应用中表面处理的性能。

表面处理引线键合选项

电镀镍金虽然具有优异的金线键合性能，但其存在三大缺点，阻碍了其在前沿领域的应用：较厚的金层厚度要求增加了生产成本。

在通常使用的厚金层的情况下，由于容易形成脆弱的锡金金属合金化合物（IMC），焊点的可靠性会降低。为了增加焊点的可靠性，可以在需要焊锡的地方采用不同的表面处理，但这会增加生产成本。

电镀制程需要使用导线来连接各电路，限制了封装基板的最大电路密度。

正是因为这些限制，才使得使用化学镀的优势显露出来。化学镀技术包括化学镀镍浸金（ENIG）、化学镀镍化学镀金（ENEG）和化学镀镍钯浸金（ENEG）。

在这三种方案中，ENIG基本上是不可能的，因为它不具备提供高可靠性金线键合的工艺条件（尽管它在不重要的消费产品应用中有所应用），而且ENIG的生产成本与电镀镍金一样高，在工艺方面也充满了复杂性的挑战。

1990年代末期，化学镀镍钯金（ENP）问世，2000年钯金属价格被炒到不合理的高位，延缓了其被市场接受的进程，但由于其能解决许多新型封装的可靠性问题，且符合ROHS要求，因此近年来再次受到市场关注。

除了封装可靠度上的优势外，成本也是一大优势。近年来，当金价上涨至800美元/盎司以上时，需要镀厚金的电子产品成本难以控制。而钯金属的价格（300美元/盎司）远不及金价的一半，因此用钯代替金的优势显而易见。

表面处理比较

目前市场上适用于电路板上引脚较小的QFP/BGA器件的无铅表面处理主要有四种。

化学浸锡（）

化学浸银（）

有机焊料保护剂 (OSP)

化学镀镍金 (ENIG)

下表列出了这4种表面处理的比较。在这4种表面处理中，没有一种表面处理能够满足无铅组装工艺的所有要求，特别是在考虑多次回流焊接能力、组装前储存时间和引线键合能力时。相反，它具有出色的储存时间、焊点可靠性、引线键合能力，并且可以用作按键触摸表面，因此其优势就显现出来了。而且，在置换金的沉积反应中，化学钯层会保护镍层不被置换金过度腐蚀。

表1 – 不同表面处理性能比较

当考虑表面处理对不同装配方式的性能时，可对应和满足多种不同装配方式的要求。

表2-不同表面处理对不同组装方法的性能

金线键合可靠性比较

在相同的引线键合条件下（采用第二次焊点拉力试验），金线键合的可靠性与电镀镍金相当。

在样品的拉力试验过程中，观察到引线键合的主要失效模式为金线处断裂，颈部有少量断裂，未发生键合点处金线断裂或断裂的情况。

结论 – 使用的好处

最重要的优点是同时具备优异的焊接可靠性与引线键合可靠性，具体优点如下：

1.防止“黑镍问题”的发生——无置换金侵蚀镍表面引起晶界腐蚀

2、化学镀钯会起到阻挡层的作用，不会出现铜迁移到金层而造成可焊性不良的问题。

3、化学镀钯层会完全溶解在焊料中，合金界面处不会出现高磷层，同时当化学镀钯溶解后会露出新的化学镀镍层，形成良好的镍锡合金。

4. 能够承受多次无铅回流循环

5. 优异的金线键合性能

6、总体来说，整体生产成本低于电镀镍金和化学镀镍化学镀金。

产品包括浸镍金技术（ENIG）、浸镍钯金技术（）、电解镍金技术（-gold）和浸锡技术（）。

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