ENIG の金層の厚さがはんだ付けに重要な理由

Mar 06, 2024

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最終仕上げの主な役割は、銅パッドを変色や酸化から保護しながら、同時にアセンブリのために表面を活性な状態に保つことです。 無電解ニッケル/浸漬金 (ENIG) は、良好なはんだ付け性と Al ワイヤ ボンディングの機能を提供する、市場で広く受け入れられている仕上げ材です。 金層の主な機能は、ニッケル層の酸化を防ぐことです。

通常、堆積物の厚さは IPC 4552 で指定されている推奨事項に従い、許容可能な最小金厚さは xmean - 3σ(sigma) ≥ 0.04 µm1 であることが示唆されています。 プリント基板 (PCB) 業界で高まるコスト削減の要求に対する潜在的な答えとして、金のターゲット厚さを下げることが、仕上げの貴金属コストの削減に役立つオプションになる可能性があります。

ENIG 仕上げに適用される金めっき電解液は、完全浸漬タイプの金電解液と混合反応型金電解液の 3 つの異なるタイプに分類できます。 浸漬金電解液の場合、ニッケルを溶解する浸漬反応によって析出が完全に促進され、金めっき用の電子が提供されます。 ニッケルへの浸漬攻撃を軽減するために、より自己触媒特性を示す電解質が近年開発されました。 反応機構は通常、浸漬反応と自己触媒反応の組み合わせに基づいているため、これらの電解質は混合反応金タイプと言えます。 添加剤または還元剤の種類に応じて、浸漬反応と自己触媒反応の比率は異なります。 より多くの自己触媒特性により、浸漬タイプの浴と比較して、時間の経過とともに直線的に厚さが増加し、厚さの分布が小さくなるという利点が得られます。

特に、金の厚さ分布は電解液の種類によって変化する可能性があり、浸漬量が多い金電解液の場合、めっき温度に大きく依存する可能性があります。 温度がわずか 15°C 低下するだけで、堆積物の厚さが 20% 以上減少する可能性があります。 そのため、めっきタンク内の温度分布が不良であると、パネル上の金の厚さの分布が不良になる可能性があります。 同時に、金の厚さが薄いと、多孔質層が形成されるリスクが高くなります。

ENIG 仕上げを腐食性電解液にさらした電気化学測定では、金の厚さが薄いと測定電流が広範囲に変化する一方、0.05 nm 以上では、金の層が十分に緻密であるため、腐食性の電解液から十分に保護できることがわかります。酸性電解質の攻撃。 図 1 のグラフは、金層の目標厚さが低い場合に金層の多孔性が高くなるリスクを示しています。

エージング後の ENIG 特性に対する多孔質金層の影響をシミュレートするために、熱処理サンプルに対して XPS 表面分析を実行しました。 40、70、90 nm のさまざまな厚さの金層を備えたサンプルを 150°C で 30 分間および 120 分間焼き戻しし、その後基準と比較しました。 XPS の結果は、硬化時間が長くなると、より高い含有量のニッケルと酸素が検出される可能性があることを示しています。 この効果は金層の厚さに大きく依存します。 金の厚さが薄い場合、硬化していなくてもすでに ENIG 表面でニッケル酸化物が検出されます。 さらに熱にさらされると、これらの値は大幅に増加します。 違いは 40 nm と 70 nm の間で最も明白です。 90 nm では、ニッケルの移動が抑制されるため、120 分の硬化時間後でも、表面のニッケル酸化物を低レベルに保つことができます。

これらの結果は、金の厚さが減少すると、金層の多孔性が高くなり、それによってニッケルの移動が透過しやすくなることを示しています。

金の厚さが薄くなり、金層の多孔性が高くなると、ENIG 表面に酸化ニッケルが形成されるリスクが増加するため、最終仕上げのはんだ濡れにも影響を与える可能性があります。 はんだ拡散テストなどのはんだ濡れテストにより、この観察が確認されます。 このテストでは、はんだデポが ENIG パッド上に印刷され、リフローされます。 パネルは、組み立てプロセスの条件をシミュレートするために、はんだ付けプロセスの前に湿潤エージングと 2 回のリフローエージングによって予備エージングされました。