印(yin)制闆鍍金(jīn)工藝在免费JLZZJ㊙️LZZ在线播放🌈的釺(qian)焊性和鍵(jian)合功能

    通常的(de)置換鍍金(jīn)（IG）液能夠腐(fu)蝕化學鍍(du)鎳（EN）層，其結(jie)果🧑🏾‍🤝‍🧑🏼是形成(chéng)置換金層(ceng)，并将磷殘(cán)留在化學(xue)鍍鎳層表(biǎo)面，使EN/IG兩♉層(ceng)之間容易(yi)形成黑色(se)（焊）區（Black pad），它在(zai)焊接時常(chang)造成焊接(jie)不牢（Solder Joint Failure）金層(céng)利落（Peeling）。延長(zhǎng)鍍金的時(shí)間雖可得(dé)加較厚的(de)金層，但金(jīn)層的結合(hé)力和鍵合(hé)性能迅速(sù)下降。本文(wen)比較👨‍❤️‍👨了各(gè)種印制闆(pan)鍍金工藝(yi)組合的釺(qian)焊🚶性和鍵(jian)合功🐆能，探(tàn)讨了形成(chéng)黑色焊區(qū)的條件與(yǔ)機理，同時(shi)發現用中(zhōng)🐆性化學鍍(du)金是解💚決(jué)印制闆化(hua)學鍍鎳/置(zhì)換鍍金時(shi)出✉️現黑色(sè)焊區問題(tí)的有效方(fāng)法，也是取(qu)代電鍍鎳(niè)/電鍍軟金(jīn)工藝用于(yu)金線鍵合(he)（Gold Wire Bonding）的有效工(gōng)藝。
一  引言(yan)
    随着電子(zǐ)設備的線(xiàn)路設計越(yue)來越複雜(zá)，線路密度(dù)越🧡來越高(gāo)，分離的線(xian)路和鍵合(he)點也越來(lái)越多，許多(duo)複雜的印(yìn)💘制闆要求(qiú)它的💋最後(hòu)表面化處(chu)理（Final Surface Finishing）工藝具(jù)有更多的(de)功能🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。即制(zhi)造工藝不(bu)僅可制成(chéng)線更細，孔(kong)更小，焊區(qū)更平的鍍(dù)層，而且所(suo)形成的鍍(du)層必須是(shi)☁️可焊的、可(ke)鍵合的、長(zhǎng)壽的，并具(ju)有低的接(jie)觸電阻。[1]
    目(mu)前适于金(jīn)線鍵合的(de)鍍金工藝(yi)是電鍍鎳(nie)/電鍍軟金(jin)🎯工藝，它不(bu)僅鍍層軟(ruan)，純度高（最(zui)高可達99．99%），而(er)且具有♻️優(yōu)良的釺焊(hàn)性和金線(xian)鍵合功能(neng)。遺憾的是(shi)它屬于電(dian)鍍型，不能(neng)用♻️于非導(dao)通線路的(de)印制闆，而(er)要将多層(ceng)闆的所有(yǒu)線路光導(dǎo)通，然後再(zai)複原，這需(xu)要花大🌂量(liàng)的人力和(he)🎯物力，有時(shi)幾乎是不(bu)可能實現(xiàn)的。[2]另外電(dian)鍍金層的(de)🔞厚度會随(sui)電鍍時的(de)電流密度(du)而異，爲保(bao)證最低🐕電(diàn)流處的厚(hòu)度，電流密(mi)度高處的(de)鍍層就要(yào)♍超過所要(yào)求的厚度(du)，這不僅提(ti)高了成本(ben)，也爲随後(hòu)的表面安(ān)裝帶來麻(má)煩。
    化學鍍(du)鎳/置換鍍(du)金工藝是(shi)全化學鍍(du)工藝，它可(kě)用于非導(dao)通線路的(de)印制闆。這(zhe)種鍍層組(zu)合的釺焊(hàn)性優良🔴，但(dan)它隻适于(yú)鋁線鍵合(hé)而不适于(yu)金線鍵合(hé)。通常的置(zhì)換鍍金液(ye)是弱酸性(xìng)的，它能腐(fu)蝕化學鍍(dù)鎳磷層（Ni2P）而(er)形成置換(huan)鍍金層，并(bing)将磷殘留(liú)在化學鍍(dù)鎳層表面(mian)，形成✌️黑色(sè)（焊）區（Black pad），它在(zai)焊接焊常(chang)🔞造成焊接(jie)不牢（Solder Joint Failure）或金(jin)層脫落（Peeling）。試(shi)圖通過延(yán)長⁉️鍍金時(shi)間，提高金(jīn)層厚度來(lai)解決這些(xiē)問題，結👄果(guo)反而使金(jīn)層的結合(hé)力🤟和鍵合(he)功能明顯(xian)下🔞降。[3]
    化學(xué)鍍鎳/化學(xue)鍍钯/置換(huàn)鍍金工藝(yi)也是全化(hua)學鍍工藝(yi)，可用于非(fēi)導通線路(lu)的印制闆(pan)，而且鍵合(he)功能優良(liang)，然而釺焊(han)性并🔞不十(shí)分好。開發(fa)這一新工(gōng)藝的早期(qi)目的是用(yong)📞價廉的钯(bǎ)代替金，然(ran)而近年來(lai)钯價猛漲(zhang)，已達金價(jia)的3倍多，因(yīn)此應用會(hui)越來越少(shǎo)。
    化學鍍金(jin)是和還原(yuan)劑使金絡(luò)離子直接(jie)被還原爲(wei)金屬金，它(ta)🙇🏻并非通過(guo)腐蝕化學(xue)鍍鎳磷合(hé)金層來沉(chén)積金。因此(ci)用化學鍍(dù)🌂鎳/化✍️學鍍(du)金工藝來(lai)取代化學(xue)鍍鎳/置換(huàn)鍍金工藝(yi)，就🐪可以從(cong)🐪根本上消(xiao)除因置換(huan)反應而引(yin)起的黑色(sè)（焊）區問題(ti)。然而普通(tong)👨‍❤️‍👨的市售化(huà)🎯學鍍金液(ye)大都是酸(suan)性的（PH4-6），因此(cǐ)它仍存在(zài)腐蝕化學(xué)鍍鎳磷合(hé)金的🐇反應(ying)。隻有中性(xìng)化學鍍金(jin)才可🙇🏻避免(mian)置換反應(ying)。實驗結果(guǒ)表明😍，若用(yong)化學鍍鎳(niè)/中性化學(xué)鍍金或化(huà)學鍍鎳/置(zhì)換鍍金（<1min）/中(zhong)性化學鍍(dù)金工藝，就(jiù)可以獲得(dé)既無黑色(sè)焊區問題(tí)，又具有優(you)良的釺焊(han)性和鋁、金(jīn)線鍵合功(gong)能的鍍層(ceng)，它适于COB（Chip-on-Board）、BGA（Ball Grid Arrays）、MCM（Multi-Chip Modules）和(hé)CSP（Chip Scale Packages）等高難度(dù)💋印制闆的(de)制⁉️造。
    自催(cui)化的化學(xue)鍍金工藝(yi)已進行了(le)許多研究(jiu)，大緻💘可👌分(fèn)爲有氰的(de)和無氰的(de)兩類。無氰(qíng)鍍液的成(chéng)本較☀️高，而(ér)且鍍液并(bing)👨‍❤️‍👨不十分穩(wěn)定。因此我(wo)們開發了(le)一種以氰(qing)化金鉀爲(wei)🔞金鹽的中(zhong)性化學鍍(dù)金工藝，并(bìng)申請了專(zhuan)利。本❓文主(zhu)要介紹中(zhong)性化學鍍(du)金工😄藝與(yǔ)其它⭐咱鍍(du)金工藝組(zǔ)合的釺焊(han)🏃🏻性和鍵合(he)功🐪能。
   二  實(shi)驗
1 鍵合性(xìng)能測試（Bonding Tests）
鍵(jian)合性能測(ce)試是在AB306B型(xing)ASM裝配自動(dòng)熱聲鍵合(hé)機（ASM Assembly Automation Thermosonic Bonding Machine ）上進💘行(háng)。圖1和圖2是(shì)鍵合測試(shi)的結構圖(tu)。金線的一(yī)端被鍵合(he)到金球上(shang)（見圖2左邊(biān)），稱爲球鍵(jiàn)（Ball Bond）。金線的另(lìng)一端則💚被(bei)鍵合到金(jin)焊區（Gold pad）（見圖(tú)2右邊），稱爲(wèi)楔形鏈（Wedge Bond），然(rán)後用金屬(shǔ)挂鈎鈎住(zhu)金線并用(yong)力向上😍拉(la)，直至金線(xian)斷裂并🌏自(zi)動記下拉(la)斷時的拉(lā)力。若斷裂(liè)在球鍵或(huo)楔形鍵上(shang)，表示鍵合(he)不合格。若(ruo)是金線本(ben)身被拉斷(duàn)，則表示鍵(jiàn)合良好，而(ér)拉斷✌️金線(xiàn)所需的平(ping)均拉力（Average Pull Force ）越(yue)大，表示鍵(jian)🐇合強度越(yue)高。
在本實(shí)驗中，金球(qiú)鍵的鍵合(hé)參數是：時(shi)間45ms、超聲能(neng)量設定55、力(li)55g；而楔🐪形鍵(jiàn)的鍵合參(can)數是：時間(jiān)25ms、超聲能量(liang)設✍️定180、力155。兩(liang)處鍵合🛀🏻的(de)操作溫💚度(dù)爲140℃，金線直(zhi)徑32μm（1．25mil）。
2 釺焊性(xing)測試（Solderability Testing）
釺焊(han)性測試是(shi)在DAGE-BT 2400PC型焊料(liao)球剪切試(shi)驗機（Millice Solder Ball Shear Test Machine）上進(jìn)行。先㊙️在焊(han)接點上❗塗(tu)上助焊劑(jì)，再放上直(zhí)徑0.5mm的焊料(liào)球，然🈲後送(sòng)入重熔（Reflow）機(jī)上受💰熱焊(hàn)牢，最後将(jiang)機器的剪(jian)切臂靠到(dào)焊料球上(shàng)，用力向後(hou)推擠焊料(liào)球，直至焊(han)料球被推(tui)離焊料接(jie)點，機器會(hui)自動❤️記錄(lù)推開焊料(liao)球所需的(de)剪切力。所(suǒ)需剪切力(lì)👄越大，表示(shì)焊接越牢(lao)。
3 掃描電鏡(jìng)（SEM）和X-射線電(diàn)子衍射能(neng)量分析（EDX）
用(yòng)JSM-5310LV型JOEL掃描電(dian)鏡來分析(xi)鍍層的表(biǎo)面結構及(jí)剖面（Cross Section）結❤️構(gou)，從金/鎳間(jian)的剖面結(jie)構可以判(pan)斷是否存(cun)在黑帶（Black band）或(huò)黑🏃🏻牙（Black Teeth）等問(wen)題。EDX可以分(fen)析鍍層中(zhong)各組成光(guang)素的相對(dui)百分含量(liang)。
   三  結果與(yǔ)讨論
1 在化(hua)學鍍鎳/置(zhì)換鍍金層(céng)之間黑帶(dài)的形成
将(jiāng)化學鍍鎳(niè)的印制闆(pan)浸入弱酸(suān)性置換鍍(du)金液中，置(zhi)🐉換金層将(jiang)⭐在化學鍍(du)鎳層表面(mian)形成。若小(xiǎo)心将置㊙️換(huan)金層剝掉(diào)，就會發現(xian)界面上有(you)一層黑色(sè)的鎳層，而(er)在此黑色(sè)鎳層的下(xià)方，仍然存(cún)在未變黑(hēi)的化學鍍(dù)鎳層。有時(shi)黑色鎳層(ceng)會深入到(dao)正常鍍鎳(niè)層的深處(chù)，若這層深(shēn)處的黑色(se)鎳層呈帶(dài)狀，人們稱(chēng)之爲“黑💚帶(dai)”（Black band），黑帶區磷(lin)含♍量高達(da)12.84%，而在政黨(dang)化學鍍鎳(niè)區磷含👉量(liàng)隻有8.02%（見圖(tú)3）。在黑帶上(shàng)的金層很(hěn)容易被膠(jiāo)帶粘住而(ér)剝落（Peeling）。有時(shí)腐蝕形成(chéng)的黑色鎳(nie)層呈牙狀(zhuang)，人們稱之(zhi)爲“黑牙”（Black teeth）（見(jiàn)圖4）。
爲何在(zài)形成置換(huan)金層的同(tóng)時會形成(chéng)黑色鎳層(céng)呢？這要從(cóng)🌈置💛換🚩反應(yīng)的機理來(lái)解釋。大家(jia)知道，化學(xue)鍍鎳層實(shi)際上是鎳(nie)磷合金鍍(du)層（Ni2P）。在弱酸(suān)性環境中(zhōng)它與金液(yè)🍉中的金氰(qíng)絡離子發(fa)生下列反(fǎn)應：
Ni2P+4[Au（CN）2]― →4Au+2[Ni（CN）4]2―+P
結果是(shi)金層的形(xing)成和鎳磷(lin)合金被金(jin)被腐蝕，其(qi)中鎳變成(chéng)氰合鎳絡(luò)離子（Ni（CN）4）2―，而磷(lín)則殘留在(zài)表面。磷的(de)殘留将🚩使(shǐ)化學鍍鎳(niè)層變黑，并(bing)使表面磷(lin)含量升高(gao)。爲了重現(xiàn)這一現象(xiang)，我們也發(fa)現🏃‍♀️若将化(hua)學鍍鎳層(ceng)浸💁入其它(ta)強腐蝕（Microetch）溶(róng)液中，它也(yě)同樣變黑(hei)。EDX分♊析表明(míng)，表面層的(de)鎳含量由(you)78.8%下降至♌48.4%，而(er)磷的含量(liàng)則由8.56%上升(shēng)到⛱️13.14%。
2 黑色（焊(hàn)）區對釺焊(hàn)性和鍵合(hé)功能的影(ying)響
在焊接(jiē)過程中，金(jīn)和正常鎳(nie)磷合金鍍(du)層均可以(yǐ)熔入焊💃🏻料(liào)之中，但殘(can)留在黑色(sè)鎳層表面(miàn)的磷卻不(bú)能遷移到(dào)金層并與(yǔ)焊料熔合(he)。當大量黑(hēi)色鎳層存(cún)在時，其表(biao)面對焊料(liao)的潤濕大(dà)爲減低，使(shi)🏃‍♂️焊接強度(du)大大減弱(ruò)。此外，由于(yú)置換鍍金(jin)層的純度(du)與厚度（約(yuē)0.1μm都㊙️很低。因(yīn)此它最适(shì)于鋁線鍵(jian)合，而不能(néng)用于金線(xiàn)鍵⚽合。
3置換(huàn)鍍金液的(de)PH值對化學(xue)鍍鎳層腐(fu)蝕的影響(xiang)
無電（解）鍍(du)金可通過(guo)兩種途徑(jing)得到：
1） 通過(guo)置換反應(yīng)的置換鍍(du)金（Immtrsion Gold， IG）
2） 通過化(huà)學還原反(fǎn)應的化學(xué)鍍金（Electroless Gold，EG）
置換(huan)鍍金是通(tōng)過化學鍍(dù)鎳磷層同(tóng)鍍金液中(zhong)的金氰絡(luò)離子的直(zhí)接置換反(fan)應而施現(xian)
Ni2P+4[Au（CN）2]―→4Au+2[Ni（CN）4]2―+P
如前所述(shu)，反應的結(jie)果是金的(de)沉積鎳的(de)溶解，不反(fǎn)應的磷則(ze)殘🤩留在化(huà)學鍍鎳層(céng)的表面，并(bing)在金/鎳界(jiè)面上形成(chéng)黑區（黑帶(dai)、黑牙…等形(xing)狀）。
另一方(fang)面，化學鍍(du)金層是通(tōng)過金氰絡(luo)離子接被(bei)次磷酸根(gen)還原而形(xíng)成的
2[Au（CN）2]―+H2PO―2 +H2O→2Au +A2PO―3 +4CN―+H2↑
反應(yīng)的結果是(shì)金離子被(bèi)還爲金屬(shǔ)金，而還原(yuán)劑次磷酸(suān)💃根🎯被氧化(hua)爲亞磷酸(suan)根。因此，這(zhe)與反應并(bing)不涉及到(dào)化學鍍鎳(nie)磷合金的(de)腐蝕或磷(lin)的殘留，也(ye)就不會有(you)黑區問題(ti)。
表1用SEM剖面(miàn)分析來檢(jiǎn)測各種EN/金(jīn)組合的黑(hēi)帶與腐蝕(shí)
結果表明(míng)，黑帶（Black Band）或黑(hei)區（Black pad）問題主(zhu)要取決于(yu)鍍金溶液(yè)🌂的PH值。PH值越(yuè)低，它對化(huà)學鍍鎳層(ceng)的腐蝕越(yue)快，也越容(róng)易形成黑(hei)🐆帶。若用一(yī)步中性化(huà)學鍍金（EN/EG-1）或(huò)兩步中性(xìng)化學鍍金(jin)（EN/EG-1/EG-2），就不再觀(guān)察到腐蝕(shí)或黑帶，也(ye)就不會出(chū)現焊接不(bu)🈚牢的問題(ti)。
4各種印制(zhi)闆鍍金工(gong)藝組合的(de)釺焊性比(bi)較
表2是用(yong)焊料球剪(jian)切試驗法(fa)（Solder Ball Shear Test）測定各種(zhǒng)印制闆鍍(dù)金工藝組(zǔ)合所得鍍(dù)層釺焊性(xing)的結果。表(biao)中的斷裂(lie)模🥰式（Failure mode）1表木(mù)焊料從🌏金(jīn)焊點（Gold pad）處斷(duàn)裂；斷裂模(mó)式2表示斷(duàn)裂發生在(zai)焊球本身(shēn)。
表2各種印(yìn)制闆鍍金(jīn)工藝組合(hé)所得鍍層(ceng)的釺焊性(xing)比較
表2的(de)結果表明(míng)，電鍍鎳/電(diàn)鍍軟金具(ju)有最高的(de)剪切✔️強度(du)（1370g）或最牢😘的(de)焊接。化學(xué)鍍鎳/中性(xing)化學鍍金(jin)/中性化學(xue)鍍金也顯(xian)示非常好(hǎo)的剪切強(qiáng)度要大于(yú)800g。
5各種印制(zhi)闆鍍金工(gong)藝組合的(de)金線鍵合(hé)功能比較(jiào)
表3是用ASM裝(zhuāng)配自動熱(rè)聲鍵合機(jī)測定各種(zhong)印制闆鍍(dù)金工藝☂️組(zu)合所得鍍(dù)層的金線(xiàn)鍵合測試(shi)結果。
表3各(gè)種印制闆(pǎn)鍍金工藝(yì)組合所得(de)鍍層的金(jin)線鍵合測(ce)🐅試🌈結果
由(yóu)表3可見，傳(chuan)統的化學(xué)鍍鎳/置換(huan)鍍金方法(fǎ)所得的鍍(dù)層組合，有(you)8個點斷裂(liè)在金球鍵(jiàn)（Ball Bond）處，有2個點(dian)斷裂在楔(xiē)形鍵（Wedge Bond）或💞印(yin)制的鍍金(jin)焊點上（Gold Pad），而(ér)良好的鍵(jiàn)合是不允(yǔn)許有一點(diǎn)斷裂在球(qiú)鍵與楔形(xíng)鍵處🔞。這說(shuō)明化學鍍(dù)鎳/置換鍍(dù)金工藝🔴是(shì)不能用📱于(yú)金線鍵合(he)。化學鍍鎳(nie)/中性化學(xue)鍍金/中性(xìng)化㊙️學鍍金(jīn)工藝所得(dé)鍍層的💃🏻鍵(jian)合功能是(shì)優良的，它(ta)與化學鍍(dù)鎳/化學鍍(dù)钯/置換鍍(dù)金以及電(diàn)鍍鎳📧/電鍍(du)金的鍵合(he)性能相當(dang)。我們認🎯出(chu)♻️這是因爲(wèi)化學鍍金(jīn)層有較高(gao)的純度（磷(lín)不合共沉(chén)積）和較低(dī)硬度（98VHN25）的緣(yuan)🚩故。
6化學鍍(du)金層的厚(hòu)度對金線(xiàn)鍵合功能(néng)的影響
良(liáng)好的金線(xian)鍵合要求(qiu)鍍金層有(you)一定的厚(hou)度。爲此我(wo)們有各性(xìng)化學鍍金(jīn)方法分别(bié)鍍取0.2至0.68μm厚(hou)的金層，然(rán)後🌐測定其(qí)鍵合性能(neng)。表4列出了(le)不同金層(céng)厚度時所(suǒ)得的平均(jun)拉力（Average Pull Force）和斷(duàn)裂模式（Failure Mode）。
表(biao)4化學鍍金(jīn)層的厚度(dù)對金線鍵(jian)合功能的(de)影響
由表(biǎo)4可見，當化(hua)學鍍金層(ceng)厚度在0.2μm時(shí)，斷裂有時(shí)會出現🔴在(zai)楔形鍵上(shang)，有時在金(jīn)線上，這表(biǎo)明0.2μm厚度時(shi)的金線鍵(jian)合功能是(shì)很差的。當(dang)金層厚度(dù)達0.25μm以上時(shi)，斷裂均在(zai)金線上，拉(la)斷金線所(suo)需的平均(jun1)拉力也很(hěn)高，說明此(ci)時的☀️鍵合(he)功能已很(hen)好。在⭕實際(ji)應用時，我(wǒ)們控♊制化(hua)學鍍金層(ceng)的厚度在(zài)0.5-0.6μm，可比電鍍(du)軟金0.6-0.7μm略低(dī)，這是因爲(wèi)化學鍍🔞金(jīn)的平整度(du)比電鍍金(jīn)的好，它不(bu)受電流分(fen)布的影響(xiang)。
四  結論
1 用(yong)中性化學(xué)鍍金取代(dài)弱酸性置(zhì)換鍍金時(shí)，它可以避(bi)✂️免化學鍍(dù)鎳層的腐(fǔ)蝕，從而根(gen)本上消除(chu)了在化學(xue)鍍鎳/置換(huàn)鍍金層🐪界(jiè)面上出現(xian)黑色焊區(qū)或黑帶的(de)問題。
2 金厚(hou)度在0.25至0.50μm的(de)化學鍍鎳(niè)/中性化學(xué)鍍金層同(tong)時具有優(you)良的📞釺焊(han)性和金線(xiàn)鍵合功能(néng)，因此它是(shì)理想❤️的電(diàn)鍍鎳/電鍍(du)金的替代(dai)工藝，适于(yu)細線、高密(mi)度印制闆(pǎn)使用。
3 電鍍(du)鎳/電鍍金(jin)工藝不适(shi)于電路來(lái)導通的印(yìn)制闆，而中(zhōng)性化學鍍(dù)金無此限(xian)制，因而具(jù)有廣闊的(de)應用前景(jing)。

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