G) 表面处理工艺研究东莞市生益电子有限公司 摘要：本文采用SEM、EDX、焊球敲击和金丝()测试等分析方法对四种化学镍钯金的表面处理进行对比研究溶液焊工。 并对焊盘的焊接可靠性进行了比较和研究。 研究表明，与化学镀镍金表面处理相比，化学镀镍钯金表面处理可以有效防止黑盘（）缺陷引起的连接可靠性问题。 关键词：化学镀镍钯金； 化学镀镍金； 表面处理; 焊接可靠性。 ,,,:M,EDX,,/,． ． , =: ENIG:: 前言 印刷电路板（PCB）表面焊盘是PCB电路与外部元件连接的端点，PCB表面焊盘可靠。
目前PCB焊盘表面处理有OSP、热风整平（HASL）、化学锡（Isn）、化学银（IAg）和化学镀镍沉金（ENIG）等，化学镀镍沉金（ENIG）由于其涂层由于具有平整度高、涂层耐磨性好、接触电阻低等优越性能，广泛应用于精密电子产品印制电路板的表面处理以及微电子芯片和电路板的封装技术，如手机板、电脑按键、屏蔽罩、金线板等高可靠性产品。 但ENIG涂层在焊接过程中会出现黑盘（氧化镍）缺陷，产生连接要求，势必会增加表面处理的成本。 关于化学镀镍浸金的黑板问题，金液腐蚀在镍和金的界面处产生金属间化合物并残留在该界面处。 另外，镍缸溶液本身的离子污染也会导致镍层氧化变黑。 因此，罗门哈斯电子材料、安美特、上村化学、乐思化学等厂商纷纷推出化学镀镍钯表面处理解决方案。 这种新型端子表面精加工处理称为化学镀镍、化学镀钯和化学镀钯。 沉金，简称化学镍钯金（），是在连接焊盘的铜面上依次沉积镍、钯、金。 厚度一般为镍2-5um，钯2-5um。 卜0.2um，金0.03-0.05um。 与化学镀镍金表面处理相比，化学镀镍钯金表面处理具有以下优点： 1）引入化学镀钯，利用钯层阻挡镍的扩散和迁移，同时阻挡接触介于镍和沉金溶液之间，可以有效防止目前化学镍金表面处理工艺中常见的黑盘问题（）； 2）化学镀钯层完全溶解在焊料中，合金界面不会出现高磷层。 当化学镀钯溶解时，会暴露出新的镀层。 采用化学镀镍层，生成良好的镍锡合金，提高了焊点的可靠性； 3）引入较硬的钯镀层（钯莫氏硬度4.75，金莫氏硬度2.5），薄镀可化学镀镍钯（）工艺介绍1.1工艺原理化学镀镍是一种自催化氧化还原反应，一般采用次磷酸盐作为还原剂。 反应式如下：[H2P02]-+H20-，[HP03]'+H++2HNi2++2H-Nil+2H+2[H。
P0化学镀钯的反应机理与化学镀镍相同。 它也是使用次磷酸盐作为还原剂的自催化氧化还原反应。 反应式如下： [H2P02]-+H20-，[HP03]'+H++ 2HPd2++2H---Pdl+2H+2[H2P02]十一[HP03]2十一H20+P+H2 得从化学镀钯的反应原理可以看出，镀钯层是通过化学还原形成的，可以有效抑制镍表层的氧化发生，防止黑盘()缺陷的发生。 化学浸金属参与置换反应，但究竟是金镍置换还是金钯置换（以金缸中镍含量和钯含量的增加比例为准）目前各厂家表述不同。 2Au++Pd-、2Au+Pd2+或2Au++Ni-2Au+Ni用金替代金属(镍或钯)的反应原理还有待进一步研究和证实。 1.2 工艺设计 与ENIG相比，工艺设计仅在镍柱和金柱之间增加了钯柱。 工艺设计为水洗-化学金-水洗。 当然，由于每个供应商的药水特性存在差异，所以工艺上也会有所不同。 例如，有的厂家会在微蚀、化学钯后添加酸洗。 微蚀后加酸洗的目的是增加清洗效果，避免半塞孔内残留液体造成镀镍漏； 化学钯后添加酸洗的目的是增加清洗效果，避免化学钯溶液残留造成镀金色差； 有些厂家的化学沉金工艺分为化学沉金和化学厚金两种工艺。 化学薄金反应的原理是金取代镍，而化学厚金则是在Pu金还原的基础上形成厚金； 化学薄金+化学厚金工艺的设计，保证了镀金层的均匀性。
1.3 化学镀镍钯金（）与化学镀镍金（ENIG）的优点对比化学镀镍钯金（）与化学镀镍金（ENIG）表面处理优缺点比较 表 表面处理优缺点 表面处理比较优缺点方法 1) 不可返工，成本高，依赖成本 1) 惰性表面耐用稳定，可焊性优良，辅以贵金属价格波动，助焊剂兼容性好 2) 焊点强度不稳定，取决于金镀层 2) 接触电阻 导电率低，保存期好，ENIG 厚度和密度 3) 镀层平整度高，适合高密度焊盘 3) 镍腐蚀（黑焊盘）导致 BGA 焊接 4) 镀层耐磨性好，适用于按钮，可靠性问题上表现良好 4）防腐性能差，ENIG使用的腐蚀性化学物质会侵蚀阻焊油墨和字符 1）耐用稳定的惰性表面，优异的可焊性， 1）无需返工，更高成本，而成本取决于助焊剂的兼容性，而助焊剂的兼容性又取决于贵金属的价格波动。 2）接触电阻低，导电性能好，保存期长。 2）防腐性能差。 使用ENIG。 3）涂层平整度高，适合高密度焊盘腐蚀。 化学物质会侵蚀阻焊油墨和字符 4) 涂层耐磨性好，适合按键，性能好 3) 立线生产，消耗高，不利于环保 5) 成本相对ENIG较低化学镀钯除了具有优异的焊接性能、镀层平整度高、长期可靠性等优点外，与ENIG表面处理相比，化学镀钯利用钯层阻挡镍的扩散和迁移，同时阻断镍与沉金溶液的接触，可以有效防止目前化学镀镍金表面处理工艺常见的黑盘问题（），较薄的化学镀镍钯金镀层可以达到更好的耐磨性和金线性能，因此被认为是一种全方位的表面处理工艺，特别适合应用在SMTwB混合组装板、手机板等连接可靠性高的产品上，完全替代目前的化学镀镍黄金工艺。
1.4 化学镀镍钯金（ENIG）与化学镀镍钯金（ENIG）的兼容性。 目前，市场上推出化学镀镍钯药水的厂家有罗门哈斯（R&H）、安美特（ENIG）、上村化学（ENIG）、乐西化学（EEJA）、优美科（）、成功科技等，几个厂家的药水系统基本相同。 化学镀镍钯工艺和化学镀镍金工艺是兼容的。 化学镀镍钯生产线可直接用于化学镀镍金板的生产。 。 1.5 化学镀镍钯设备的材料要求 与化学镀镍金工艺相比，化学镀镍钯工艺对镍柱和金柱的要求基本相同。 镍缸仍然采用带阳极保护的不锈钢，金缸采用PPN材料，而比较特殊的是钯缸，要求采用PVDF材料或PTFE材料制成。 化学镀镍钯（）表面处理焊盘焊接可靠性评估 2.1 评估/测试目的 目前，市场上推出化学镀镍钯解决方案的厂家有罗门哈斯（R&H）、安美特（）、上村化学（ ）等。 、乐熙化学（EEJA）、优美科（）和成功科技等。考虑到我们药水的认可供应商以及成本考虑，我们计划选择四家化学镍钯药水进行评估，这四家制造商的名称是用数字表示。 评估测试项目如下： 1）评估两种表面处理方法（化学镀镍钯和化学镀镍金）在产品焊接性能方面的优缺点 2）评估四家化学镍钯溶液供应商的表面焊接性能溶液生产板差异2.2测试方法及验收标准：化学镍钯表面处理样品经过老化处理（湿热老化、回流焊、盐雾试验及155℃存放4小时）和非老化处理，然后进行镀层的基本性能、润湿性和焊点强度测试，比较化学镍钯金样品在时效处理和非时效处理条件下的性能差异。 具体测试方法如下：化学镍钯金工艺评价测试方法测试项目测试方法测试仪器标准85条件，15天； 湿热老化完成后，需要将测试样品放入板内湿度105的烘箱中老化测试155*4h。 无铅回流焊3回流焊炉完成后（样品不得超过老化处理，将样品放入测试箱，使用温度24h），进行锡漂白35，浓度5%，PH 6.5" 7.2 可焊性测试 盐雾试验箱，保持此状态48h和96h，105小时测试样品，除去板内水分及Au表面致密晶格，无腐蚀 SEM观察致密钯表面 SEM扫描晶格致密，水脱金后镀层无腐蚀 碱性焊接SEM观察，焊接后切片SEM分析，毛坯IMC分析切片金表面性能，元素分析不同位置SEM 扫描镍腐蚀 SEM观察无镍腐蚀电子显微镜润湿性测试Sn.(Fend/Fmax) 焊接O.8 性能使用无铅焊料，温度设置为255℃；样品与焊料的表面接触时间为3.0。