《镍钯金镀层在电路板引线键合中的工艺》
发布时间:2015-03-24

《镍钯金镀层在电路板引线键合中的工艺》

 

于金伟 于昌革 李新宁 陈红梅 毕世英

2012年山东省科技进步奖三等奖

本项目潍坊市2010年科学技术发展计划项目。对于电路板焊盘的防护方法,现在广泛应用的涂覆工艺为化镍浸金,但在使用过程中发现这种镀层在焊接过程中会出现“黑垫”这一致命缺陷,所以市场迫切需要一种既具有优良涂覆性能,又有高的焊接可靠性的电路板表面涂覆工艺。本项目开发出了一种新的电路板化学镍钯金涂层,即在表面涂覆新工艺中引入了化学镀钯层,从反应原理上杜绝了镀镍层的氧化,在化学镀金过程中阻挡了镀镍层与浸金溶液的接触,并且有效阻挡了镍的扩散和迁移,从而有效抑制镍表层的氧化,防止“黑垫”缺陷产生,从而给半导体线路封装的引线键合工艺打下了良好的基础。但是,由于其保护镀层中钯层的加入,如果键合工艺参数不随之改变,就会产生一些失效模式,所以同时针对这种新型镀层的键合工艺参数进行了系列研究,以寻找其最优化的键合参数。

本项目根据引线键合电路板的要求,进行了化镍化钯浸金的工艺参数选定试验,确定了相关工艺参数;对所得到的镍钯金皮膜的晶体结构进行微观形貌分析和可靠性实验分析,从而验证了该制作工艺成熟可靠,产品性能稳定;进行了印刷、贴片及回流焊工艺参数的优化试验,对镍钯金回流焊的界面合金共化层(IMC)进行研究,然后对金线键合特性及其可靠性进行分析研究,从而得出钯、金厚度的最佳范围,并对键合点的力学特性进行深入的研究,进而得出引线键合的最佳工艺参数。

本项目的主要创新点:

① 防止“黑垫”问题的发生。

在镍层和金层间引入化学镀钯层,不但阻挡了镍的扩散和迁移,还阻挡了镀镍层与浸金溶液的接触,从而不会发生化学镀镍磷合金的腐蚀,可以有效抑制镍表层的氧化,防止黑垫缺陷产生。

② 化学镀钯层会完全溶解在焊料之中,在合金界面上不会有高磷层出现。同时,当化学镀钯溶解后会露出一层新的化学镀镍层用来生成良好的镍锡合金。

③ 能抵挡多次无铅回流焊循环。

④ 有优良的打金线结合性。

⑤ 总体的生产成本比电镀镍金及化学镀镍化学镀金低。

采用钯镀层的成本仅为金的成本的三分之一,也就是说采用化学镀镍化学镀钯浸金比电镀镍金(或化学镀镍浸金)的成本要节省大约60%,并具有更好的可焊性和焊接可靠性。

新型镍钯金电路板具有优越的性能,特别适合应用于引线键合和表面贴装混合组装板等要求高连接可靠性的产品上,通过全流程的系统工艺试验及分析,得出了最佳工艺参数,成功地将镍钯金电路板应用到了半导体封装量产工艺中,通过生产实践证明,不但提高了产品的可靠性,还降低了原材料成本,显著促进了半导体封装行业的技术进步,并将使我国电路板制造水平步入国际先进行列,具有广阔的应用前景。

该电路板涂层中含有钯,而钯与铅具有不兼容性,若使用有铅焊料会干扰形成均匀的IMC(Intermetallic Compound界面合金共化物)层,从而影响焊点的可靠性,所以该产品只适用于符合RoHS标准的焊料,从原理上限制了非环保材料的使用,促进我国环保事业的发展。

该成果荣获2012年获得山东省科技进步奖三等奖。