安美特：基于稳健设计的ENEPIG 化学镀钯工艺可降低成本

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化学镀镍/镀钯/沉金（）可以实现多次焊接和键合，因此是一种应用广泛的非常可靠的表面镀层工艺。本文介绍了一种用于纯钯电沉积的新型化学镀溶液。该工艺可以使用含钯量较少的电镀液，并且具有较高的工艺稳健性。使用不同的方法测试了该流程的性能，并与市场上成熟的解决方案进行了比较。

介绍

随着高性能和高可靠性应用市场的不断增长，它已成为公认的成熟表面涂层工艺。镍层形成可靠的防扩散屏障，而其可焊接、可粘合的表面涂层使其适合各种应用。市场使用量下降有几个原因，尤其是在过去的一年半里。

鉴于近期钯金价格上涨，工艺成本成为行业关键因素，降低成本是应用工艺的主要原因之一。同时，化学镀钯的电解液对处理不当或外部杂质非常敏感。本文介绍的新型钯电镀溶液将具有较低的钯含量，同时确保高工艺稳健性。

本文将重点比较新型钯电解液 Pd-Core® 与传统的钯电镀溶液。新配方允许工艺仅使用含0.5克/升钯的镀液，因此整个工艺的成本可降低约50%。同时，与市场上传统工艺电镀液的使用寿命相比，新型电镀液的使用寿命大大延长，且无任何沉淀或沉淀。

电镀液

新 Pd-Core® 工艺的主要特点之一是操作该工艺所需的钯含量较低。尽管溶液中钯的目标含量为 0.5 g/l，但在 10 个面积为 0.25 mm² 至 49 mm² 的焊盘上测量，镀液形成的沉积层在整个使用寿命内具有稳定的性能。，沉积层的厚度分布可达 5% 至 10% CoV。厚度分布与整体钯层厚度无关，厚度可以达到 150 nm 或 400 nm（图 1）。

图1：整个镀液生命周期内不同尺寸焊盘上钯沉积物的厚度分布

在55℃、pH 5.8的操作条件下，该工艺可运行10个MTO。整个过程性能一致稳定，无沉淀、沉淀现象。电镀时间为8分钟，可获得厚度为150nm的钯层。与目前市场上的其他纯钯沉积层相比，采用新型 Pd-Core® 工艺沉积的钯层具有精细的晶体结构（图 2）。

图 2：钯沉积层中 FIB 切割的晶体结构

焊接性能和粘接性能

本节重点介绍采用新型 Pd-Core® 层的表面涂层在焊料润湿、焊点可靠性和引线键合方面的性能，并将其与使用传统纯钯工艺形成的表面涂层进行比较。在根据 IPC J-STD 003 使用 SAC 305 焊料进行选择性波峰焊接测试中，焊料完全润湿了进料上和老化后的所有通孔。图3为直径为0.8毫米的通孔来料时经过两次回流焊，并在相对湿度85%、72℃的环境下湿气老化8小时的典型结果。

图 3：使用 Pd-Core® 和 Pd-Tech® PC 工艺实现直径 0.8mm 的 PTH 在不同老化条件下实现 160 nm 和 400 nm 钯层厚度的选择性波峰焊接结果比较。

为了研究表面涂层的焊点可靠性，对 Pd-Core® 和 Pd-Tech® PC 钯层进行了高速剪切测试。在钯层厚度为 160 nm 和 400 nm 的镀液的整个使用寿命期间重复该测试。镍层和金层的厚度在所有条件下都保持一致。使用 SAC 305 焊料的 30 个直径为 450 µm 的焊球在 380 µm SR 开口处以 1.2 m/s 的剪切速度和 20 µm 的剪切高度进行剪切。两种工艺均观察到相似的剪切能和断裂模式，并且在整个镀液使用寿命期间具有一致的性能。新型 Pd-Core® 表面涂层与 Pd-Tech® PC 钯之间没有重大差异，后者在批量生产中已被证明可靠且有效（图 4）。

图4：Pd-Core®钯层和Pd-Tech®PC钯层涂层在高速剪切测试中的总能量值

从两种表面镀层的金属间化合物成分来看，外观相似，看不出差异（图5）。

图 5：经过 1 次和 3 次回流后，具有 160 nm 和 400 nm 钯层的表面涂层的 IMC 横截面

再次证实，两种工艺生成的IMC在回流老化后的体积和形状相似，并且形成非常均匀致密、粒径均匀的IMC，没有任何缺陷或空洞。

表面涂层的主要目的之一是利用薄金层实现与金线的接合。本文将金属引线键合性能与传统纯钯沉积的性能进行了比较。层厚度相似，并且还检查了钯电镀溶液在其整个使用寿命期间的性能。使用 23 µm 金线形成键合，断裂载荷为 9.9 g；拉伸强度是在收到状态和 150 °C 老化 4 小时后测量的。两种工艺的平均拉伸力值相似，并且在整个镀液寿命期间拉伸强度保持一致（图 6）。

图6：涂层金线键合拉伸强度和断裂模式

仅观察到模式2、模式3、模式4断裂；没有发现提升或剥落。测试在使用寿命为 16 MTO、钯含量为 0.5 g/l 的 Pd-Core® 钯镀液中进行，相当于传统纯钯镀液的 8 MTO、钯含量为 1 g/l /l。因此，可以说两种工艺的性能完全具有可比性，Pd-Core®镀液的可靠性与已在大规模生产中得到验证的传统纯钯沉积的可靠性相同。