文档介绍：印制板镀金工艺的钎焊性和键合功能
摘要
    通常的置换镀金(IG)液能够腐蚀化学镀镍(EN)层,其结果是形成置换金层,并将磷残留在化学镀镍层表面,使EN/IG两层之间容易形成黑色(焊)区(Black pad),它在焊接时常造成焊接不牢(Solder Joint Failure)金层利落(Peeling)。延长镀金的时间虽可得加较厚的金层,但金层的结合力和键合性能迅速下降。本文比较了各种印制板镀金工艺组合的钎焊性和键合功能,探讨了形成黑色焊区的条件与机理,同时发现用中性化学镀金是解决印制板化学镀镍/置换镀金时出现黑色焊区问题的有效方法,也是取代电镀镍/电镀软金工艺用于金线键合(Gold Wire Bonding)的有效工艺。
一  引言
    随着电子设备的线路设计越来越复杂,线路密度越来越高,分离的线路和键合点也越来越多,许多复杂的印制板要求它的最后表面化处理(Final Surface Finishing)工艺具有更多的功能。即制造工艺不仅可制成线更细,孔更小,焊区更平的镀层,而且所形成的镀层必须是可焊的、可键合的、长寿的,并具有低的接触电阻。[1]
    目前适于金线键合的镀金工艺是电镀镍/电镀软金工艺,它不仅镀层软,纯度高(%),而且具有优良的钎焊性和金线键合功能。遗憾的是它属于电镀型,不能用于非导通线路的印制板,而要将多层板的所有线路光导通,然后再复原,这需要花大量的人力和物力,有时几乎是不可能实现的。[2]另外电镀金层的厚度会随电镀时的电流密度而异,为保证最低电流处的厚度,电流密度高处的镀层就要超过所要求的厚度,这不仅提高了成本,也为随后的表面安装带来麻烦。
    化学镀镍/置换镀金工艺是全化学镀工艺,它可用于非导通线路的印制板。这种镀层组合的钎焊性优良,但它只适于铝线键合而不适于金线键合。通常的置换镀金液是弱酸性的,它能腐蚀化学镀镍磷层(Ni2P)而形成置换镀金层,并将磷残留在化学镀镍层表面,形成黑色(焊)区(Black pad),它在焊接焊常造成焊接不牢(Solder Joint Failure)或金层脱落(Peeling)。试图通过延长镀金时间,提高金层厚度来解决这些问题,结果反而使金层的结合力和键合功能明显下降。[3]
    化学镀镍/化学镀钯/置换镀金工艺也是全化学镀工艺,可用于非导通线路的印制板,而且键合功能优良,然而钎焊性并不十分好。开发这一新工艺的早期目的是用价廉的钯代替金,然而近年来钯价猛涨,已达金价的3倍多,因此应用会越来越少。
    化学镀金是和还原剂使金络离子直接被还原为金属金,它并非通过腐蚀化学镀镍磷合金层来沉积金。因此用化学镀镍/化学镀金工艺来取代化学镀镍/置换镀金工艺,就可以从根本上消除因置换反应而引起的黑色(焊)区问题。然而普通的市售化学镀金液大都是酸性的(PH4-6),因此它仍存在腐蚀化学镀镍磷合金的反应。只有中性化学镀金才可避免置换反应。实验结果表明,若用化学镀镍/中性化学镀金或化学镀镍/置换镀金(<1min)/中性化学镀金工艺,就可以获得既无黑色焊区问题,又具有优良的钎焊性和铝、金线键合功能的镀层,它适于COB(Chip-on-Board)、BGA(Ball Grid Arrays)、MCM(Multi-Chip Modules)和CSP(Chip Sca