当前位置:首页 >> 英语 >>

ENIG_图文

Electroless Nickel/

Immersion Gold

化鎳浸金 製程簡介

1

化鎳浸金板主要應用
?
? ? ? ? ?

攜帶式電話 呼叫器 計算機 電子字典 電子記事本 記憶卡

?
? ? ? ? ?

筆記型PC 掌上型PC(PDA) 掌上型遊戲機 PC介面卡 IC卡 IC封裝用載板
2

各種表面處理的選擇
? ?

?

?

鍍金板:目前現有的所有板材中最穩定,也最適合使用於無鉛製程的 板材,尤其在一些高單價或者需要高可靠?的電子產品 OSP:經過高溫的加熱之後,預覆於pad上的保護膜受到破壞,使錫與 同直接接觸,當基板經過二次回焊後信賴性及焊接上受到影響。 化銀:“銀”本身具有很強的遷移性,因而導致?電的情形發生,“ 浸鍍銀”並非以往單純的金屬銀,而是跟有機物”共鍍的”有機銀 ” 化錫:經過長時間高溫使用有錫鬚現象,導致產品short,無法應用 於高階產品 ENIG: 適合多次Reflow流程,在焊錫時形成IMC障壁鎳遷徙至錫球內 ,防止拒焊情況發生 ENAG: LGA產品於X60、X62世代需符合耐磨性,產品設計無法拉導 線bar狀況下須選擇化鍍方式進行,並且需要通過信賴性IMAX需求( 高溫長時間通電測試),使用的表面處理 ENEPIG: ENIG的進化板,IMC的障蔽更佳

化學鎳金處理
?

?

?

未來PCB產業可投入產品

全球PCB年產值

製 程 特 徵
1.在綠漆之後施行選擇性鍍鎳/金, 採掛籃式作業, 無須通電. 2.單一表面處理即可滿足多種組裝須求. 具有可焊接、可接觸導通、可打線、 可散熱等功能.
3.板面平整、SMD焊墊平坦, 適合於密距窄墊的鍚膏熔焊.
6

化鎳浸金板鍍層厚度須求
?
?

Ni/P 層 : 60 ~ 400 μ” Au 層 :
1 ~ 3 μ”

1. For SMT Application 2. For Wire Bonding Application
2.1Thermosonic Bonding- Au wire 2.2 Ultrasonic Bonding- Au wire Ultrasonic Bonding- Al wire

5 ~ 20 μ” 1.2 ~ 5 μ” 0 ~ 1 μ”
7

化鎳浸金流程
? ? ? × L · ? k ? ? ? ~ w ? ? ? ? ? ¤ ? ¤ ? ? ? ? ì ? ? ? á ? ÷
? ? ? ? ? M ? ? ? ? ? ? ¤ ~ L ? ? ? ? ?? u ?? ? ? ¤ ~ 5% H2SO4 ? ? ¤ ~ H2SO4 ? ? HCl Pd ? ? ? C ? ? ¤ ~ Ni/P ? X ? ÷ ? ? ¤ ~ m ? ? ? ? ? ? ? ? ÷ ^ ? ? ? ? ? ¤ ~ u ? ? ~ ¤ ? ? ~ ? M ° ?
? ? ¨ q ?? ¤ ? ? ~ ? ? ¨ q ?? ¤ ? ? ~ ? ? ¨ q ?? ¤ ? ? ~ ? ? ¨ q ?? ¤ ? ? ~ ? ? ¨ q ?? ¤ ? ? ~

40 ? ? 50 ? J , ` · ± ? 25 ? ? 35 ? J ,
? ? ¨ q ?? ¤ ? ? ~

4? ? 7¤ ?

H2SO4

1? ? 2¤ ?

` · ± ? ` ? ± · , 0.5 ?? 1.5¤ ? ` · ± ? ` · ± ? 0.5 ?? 1.5¤ ? 0.5 – 1.5¤ ?

25 ? ? 30 ? J , ` · ± ? 78 ? ? 88 ? J , ` · ± ? 80 ? ? 90 ? J ,

10 ? ? 40¤ ?

5? ? 15¤ ?

氧化還原反應
定義 氫氧之轉移 氧化反應 與氧化合,或失去氫之反應 還原反應 與氫化合,或失去氧之反應

電子之轉移 氧化數變化

失去電子之反應 氧化數增加之反應

得到電子之反應 氧化數減少之反應

性質: 氧化還原反應同時相伴發生;兩個半反應,可在同一地點發生, 亦可在不同地點發生
9

氧化劑 & 還原劑
氧化劑 氧化數之變化 電子之得失 參與之反應 氧化數可減少之反應物 得到電子 本身被還原,參與氧化反應 還原劑

氧化數可增加之反應物 失去電子 本身被氧化,參與還原反應

氧化劑 - Fe3+ + e- → Fe2+ 還原劑 - Sn2+ → Sn4+ + 2e10

電動次序表(物質的貴賤)--在酸性溶液中

以氫標準電極為基準 0 , 各種金屬之標準電位.

電極反應 標準還原電位 (V), 25℃ + Au + e = Au 1.69 將氫的標準電位定為0,做為其他電極的參考 Pd2+ + 2e- = Pd 0.987 電極 (REFERENCEELECTRODE). Hg2+ + 2 e- = Hg 0.854 Au(CN)2- + e- = Au + 2 CN0.699 如Au金屬不易失去電子.不易氧化.不易溶解. Ag+ + e- = Ag 0.799 容易被還原,稱之為貴金屬(noble metal)。 PtCl42- + 2 e- = Pt + 4Cl0.73 Cu2+ + 2 e- = Cu 0.337 相反的如Li金屬較易失去電子,易被氧化,易溶 + CuO + 2H + 2e = Cu + H2O 0.570 解,易腐蝕,稱之為賤金屬或金屬(basic metal)。 CuO22- + 4H+ + 2e- = Cu + 2 H2O 1.515 2H+ + 2e- = H2 0.000 2+ Pb + 2e = Pb -0.126 Sn2+ + 2e- = Sn -0.136 2+ Ni + 2e = Ni -0.250 2+ Co + 2 e = Co -0.277 Tl+ + e- = Tl -0.336 2+ Cd + 2e = Cd -0.42 2+ + 2 e- = Fe Fe -0.440 氧化電位與還原電位 ,符號相反. + H3PO3 + 2 H + 2 e =H2PO2 + H2O -0.50 氧化電位正值愈大或還原電位負 Cr3+ + 3 e- = Cr -0.74 值愈大, 皆相當於金屬活性愈大, Zn2+ + 2 e- = Zn -0.763 離子化趨勢愈大 2+ Mn + 2 e = Mn -1.18 2+ Ti + 2 e = Ti -1.63 Al3+ + 3 e- = Al -1.66 2+ Mg + 2 e = Mg -2.37 Na+ + e- = Na -2.71 2+ Ca + 2 e = Ca -2.87 2+ K +2e =K -2.93 電動勢僅能用於預測何種物質 Li+ + e- = Li -3.04

與其他物質相較是陽極或陰極

Cu+ + e- = Cu Cu2+ + e- = Cu +

v = 0.5 v φθ=0.153 V

酸性清潔劑
主成份 (1) 有機酸或無機酸 (2) 界面活性劑

功能 (1) 去除銅面輕微氧化物及污物
(2) 降低液體表面張力,將吸附於銅面之空氣及 污物排開,使藥液在其表面擴張, 達潤溼效果

主反應
CuO + 2 H+ → Cu + H2O 2Cu + 4 H+ + O2 → 2Cu2+ + 2H2O
12

清潔作用機構
固體表面的原子或分子因為其原子價力或分子間力沒有飽合,故比內部的原子或分子具有更大的能. 所以固體表面有吸 附氣體或液體的能力. 液體與表面接觸時先將其所吸附的氣體趕走後始能吸附液體.此現象稱為濕潤(wetting).

1. 受污物污染的物質表面

2. 水的表面張力大, 濕潤性小, 沒有去污作用.

3. 清潔劑對污物及物質之濕潤性及吸附性大, 結果減少了污物對物質表面之附著力.

4. 清潔劑再進一步溶化污物,將污物去除

13

微蝕
主成份 (1) 過硫酸鈉
(2) 硫酸

功能 (1) 去除銅面氧化物
(2) 銅面微粗化,使與化學鎳層 有良好的密著性

主反應
NaS2O8 + H2O → Na2SO4 + H2SO5 H2SO5 + H2O → H2SO4 + H2O2 H2O2 + Cu → CuO + H2O CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

14

酸洗
主成份 - 硫酸 功能 - 去除微蝕後的銅面氧化物 主反應
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O

15

預浸
主成份 : 硫酸

功能 (1) 維持活化槽中的酸度
(2) 使銅面在新鮮狀態(無氧化物)下, 進入活化槽

主反應
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
16

活化
主成份 (1) 硫酸鈀 或 氯化鈀(2) 硫酸 或 鹽酸
功能 在銅面置換(離子化趨勢 Cu > Pd;溶液中離子的 電位高於被鍍物的電位)上一層鈀, 以作為化學鎳 反應之 觸媒(作為氧化劑,使次磷酸根氧化).

陽極反應 陰極反應 全反應

Cu → Cu2+ + 2 e Pd2+ + 2 e - → Pd Cu + Pd2+ → Cu2+ + Pd
17

化學鎳
功能: 在活化後的銅面鍍上一層Ni/P合金, 作為阻絕金與銅之間 遷移(Migration)或擴散(Diffusion)的障蔽層. 主成份 : (1) 硫酸鎳 - 提供鎳離子. (2) 次磷酸二氫鈉 - 還原劑,使鎳離子還原為金屬鎳. (3) 錯合劑 - 形成鎳錯離子,防止氫氧化鎳及 亞磷酸鎳生成,增加浴安定性,緩衝pH變動. (4) pH 調整劑 - 維持適當pH. (5) 安定劑 - 防止鎳在膠體粒子或其他微粒子上還原. (6) 添加劑 - 增加被鍍物表面的負電位, 使啟鍍 容易及增加還原效率.
18

化學鎳反應的電化學原理
H2PO2-+ H2O → HPO32-+ 2H+ + 2e- (加上Pd Ni) 次磷酸根氧化釋放電子… … … … … … 陽極反應

Ni2++ 2e- → Ni 鎳離子得到電子還原成金屬鎳… … … …陰極反應
2 H+ + 2 e- → H2↑ 氫離子得到電子還原成氫氣… … … … …陰極反應 H2PO2-+ e- → P+2 OH- 次磷酸根得到電子析出磷… … … … … …陰極反應

總反應式: Ni2++ H2PO2-+ H2O → HPO32-+2 H+ + Ni
19

化學鎳與電鍍鎳之比較
? ? S ? ? D pH ? § ? @· ? ? × (J ? ) R ? ? X ? t ? × (ì "/ hr) D ? ? ? ? R ¨ ? ? ? á ? ? h ? ¨ ? ÷ á ? ? h ? ? ? ? ? ? ? I (J ? ) q ? ? ? ? Y ? ? (ì ?- cm) ? ? ? ± ? ? ? Y ? ? (ì m/m/J ? ) ? ? ? ? ? ? ? v (Cal/cm/sec) 3 K ? ± × (g/cm ) w ? ? × (Vickers) ù ± ? i ? v (%) ? ? ¤ ? ¤ O (kg/mm) ? ? ? ? p ? ? × § ? ¤ @? ? @? ? k ? ? Cu§ ÷ ? ?± ? ? á q ? ? q ? ? ¤ ? ì ? -¤ ? C q ? ? á ? ì 4.6 2? ? 4.5 80 ? ? 85 50 ? ? 60 500 ? ? 600 960 4 MTO b ? ? ? ¤ [ ? ? 1 0.2 Ni:92? ? 94% Ni ? ? 99.5% D ? ? ? ? è L ? · ? ? è 890 1450 60? ? 70 8? ? 15 13 ? ? 15 14 ? ? 17 0.010 ? ? 0.013 0.118 ? ? 0.120 7.9 ? ? 8.1 8.8 570 200 ? ? 500 3? ? 6 5? ? 30 3? ? 7(? ? ? Y ? ? ¤ O ) 38 ? ? 140(? ? ± i ? ? ¤ O ) D ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5% ? ? ¤ w u ? ? ó ? q ? á Ni ¤ ? Ni/P t ? ? ? ¤ à i ? ? H ? ? ¤ · ? n ? n

化學鎳特性比較
EN typical properties LP MP HP 3~5 6~10 11~13 P content(wt%) Structure(as plated) Fine-crystal Amorphous Amorphous Hv(0.1) (as plated) 700 550 500 (after H.T.) 950 950 950 Corrosion resistance Fair Good Good Nitric acid test Fair Good Excellent Alkaline resistance Solderbility Excellent Good Good Fair Good Fair
21

化學鎳特性比較
EN typical properties Magnetism(as plated) (After H.T. (275℃,2hr)) Electric resistivity (μΩ-cm) Melting point (℃) Deposit density (g/cm3) LP Magn. Magn. MP HP Non-Magn. Non-Magn. Magn. Non-Magn.

30~60
1200 8.9~8.4

60~75
890 8.4~7.8

150~200
880 7.8~7.6

22

Ni/P 鍍層的腐蝕速度
2

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 5

Ni ? · ? ? ó ? 1N HCL(1dm ,24hr,1L)

? (ppm) ? × Ni @

6

7

8

9

10

P%

Ni-P Grain 沉積
Pd2+
Cu2+

Ni-P
Pd

Cu 1. 活化

Pd

Cu 2. Ni/P 沉積

Cu 3. Ni/P 持續生長
24

鍍層表面形態 & 鍍鎳時間

25

化學鎳操作參數
? ? § @° ?? ?
? ì ? @? × · ?? × pH ?ù ?ù ?ù ?ù ?ù ?? ?ù ?ù
26

? C§ t ? q

? R? X? t ? ×

? ?? ì ? ? (?? ? C? ?? u )? @? × ? D? t ? ü (> 1.0 dm /L) ? D? t ? ü (< 0.3 dm /L) ? ? ? ? (? ` ? ? ? ? ? ú ) ? D? ?? R M.T.O.
2 2

Ni濃度及 pH對Ni/P析出速度的影響

20 Make-up Ni=4.5g/L
析出速度 [μm/hr] 析出速度 [μm/hr]

20
Make-up pH=4.6

10 pH=4.6 0 3 4 5 6

10 Ni=4.5g/L 0

4.4

4.6
pH

4.8
27

Ni 濃度 [g/L]

浸鍍金
主成份 (1) 金氰化鉀KAu(CN)2 (2) 有機酸
功能

(3) 螯合劑

(1) 提供Au(CN)2— 錯離子來源,.在鎳面置換 (離子化趨勢 Ni > Au)沉積出金層. (2)防止鎳表面產生鈍態並與溶出的Ni2+ 結合成錯離子. (3)抑制金屬污染物(減少游離態的Ni2+, Cu2+ 等).

陽極反應 陰極反應

Ni →Ni2+ + 2 eAu(CN)2- + e- → Au + 2 CNNi + Au(CN)2- → Ni2+ + Au + 2 CN-

28

置換金反應
離子化趨勢 Ni > Au
Ni/P Ni

Ni → Ni2+ + 2e- Ni2+ + 螯合劑 → Ni 錯離子 Au(CN)2 - + e - → Au + 2 CN -
29

置換金 與 電鍍金比較
置換金
?

電鍍金
?

底材會有針孔腐蝕 厚度限制

底材無針孔腐蝕 無厚度限制

?

?

?

管理容易
壽命: 約 8 - 10g-Au/L

?

管理容易
壽命: 半永久性
30

?

?