为什么用沉镍钯金

1．概述化学镍金又叫沉镍金，业界常称为无电镍金（Elestrolss Nickel Imnersion Gold）又称为沉镍浸金。

PCB化学镍金是指在裸铜表面上化学镀镍，然后化学浸金的一种可焊性表面涂覆工艺，它既有良好的接触导通性，具有良好的装配焊接性能，同时它还可以同其他表面涂覆工艺配合使用，随着日新日异的电子业的发展，化学镍金工艺所显现的作用越来越重要。

2．化学镍金工艺原理2.1 化学镍金催化原理2.1.1催化作为化学镍金的沉积，必须在催化状态下，才能发生选择性沉积，VⅢ族元素以及Au等多金属都可以为化学镍金的催化晶体，铜原子由于不具备化学镍金沉积的催化晶种的特性，所以通过置换反应可使铜面沉积所需要的催化晶种；PCB业界大都使用PdSO4或PdCl2作为化学镍前的活化剂，在活化制程中，化学镍反应如下：Pd2++Cu Cu2++Pd2.2化学镍原理2.2.1 在Pd（或其他催化晶体）的催化作用下，Ni2+被NaH2PO2还原沉积在将铜表面，当Ni沉积覆盖Pd 催化晶体时，自催化反应继续进行，直到所需的Ni层厚度2.2.2化学反应在催化条件下，化学反应产生的Ni沉积的同时，不但随着氢析出，而且产生H2的溢出主反应：Ni2++2H2PO2-+2H2O Ni+2HPO32-+4H++H2副反应：4H2PO2- 2HPO32-+2P+2H2O+H22.2.3 反应机理H2PO2-+H2O H++HPO32-+2HNi2++2H Ni+2H2H2PO2-+H H2O+OH-+PH2PO2-+H2O H++HPO32-+H22.2.4作用化学镍的厚度一般控制在3-5um，其作用同金手指电镍一样不但对铜面进行有效保护，防止铜的迁移，而且备一定硬度和耐磨性能，同时拥有良好的平整度，在镀镍浸金保护后，不但可以取代拔插频繁的金手指用途（如电脑的内存条）,同时还可避免金手指附近的导电处斜边时所遗留裸铜切口2.3 浸金原理2.3.1浸金是指在活性镍表面,通过化学置换反应沉积薄金化应式：2Au（CH）2-+Ni 2Au+Ni2++4CN-2.3.2 作用浸金的厚度一般控制在0.03-0.1um，其对镍面有良好的保护作用，而且具备很好的接触导通性能，很多需按键接触的电子器械(如手机、电子字典)都采用化学浸金来保护镍面3．化学Ni／Au的工艺流程3.1 工艺流程简介作为化学镍金流程，只要具备6个工作站就可满足生产要求3-7分钟1-2分钟0.5-4.5分钟2-6分钟除油微蚀活化预浸沉Au沉Ni20-30分钟7-11分钟3.2 工艺控制3.2.1除油缸一般情况下，PCB沉镍金采用酸性除油剂处理制板，其作用在于除掉铜面的轻度油脂及氧化物，达到清洁及增加湿润效果的目的，它应当具备不伤SOiderMask(绿油）以及低泡型易水洗的特点。

电子产品一直趋向体积细小及轻巧，同时包含更多功能而又有更快速的运作效率。

为了达到以上要求，电子封装工业便发展出多样化及先进的封装技术及方法，使之能在同一块线路版上增加集成电路(IC)的密度，数量及种类。

增加封装及连接密度推动封装方法从通孔技术(THT)到面装配技术（SMT）的演化，它导致了更进一步的应用打线接合的方法(Wire bonding)。

缩小了的连接线间距和应用芯片尺寸封装技术(CSP)，使得装置的密度增大，而多芯片组件(MCM)及系统级封装技术(SiP)使得在同一芯片上嵌入更多功能从不可能变成现实。

至今，当半导体工业多年来从缩小线宽来致力于增进装置的性能时，很少有涉及这样的想法，也就是在一个电子系统中，装置间应该通过包含这个系统的封装来传递信息。

大量的I/O需求及讯号传送质量已成为半导体工业重要考虑的因素，无论在IC内部的连接或把装置封装在线路版上，为了达到可靠的连接，封装过程的要求及线路版最终表面处理技术同样重要。

本文章描述影响连接可靠性的主要因素，尤其侧重在打金线接合的应用中表面处理的性能。

表面处理打线接合的选择虽然电镀镍金能提供优良的打金线接合的性能，它有着三大不足之处，而每一不足之处都阻碍着它在领先领域中的应用。

较厚的金层厚度要求使得生产成本上升。

在通常所用的厚的金层情况下，由于容易产生脆弱的锡金金属合金化合物(IMC)，焊点之可靠性便下降。

而为了增加焊点之可靠性，可在需要焊锡的地方使用不同的表面处理，然而却会造成生产成本上升。

电镀工艺要求使用导线连通每个线路，这样就限制了封装载板的最高线路密度。

因为这些限制，使用化学镀的优势表露出来。

化学镀的技术包括化学镀镍浸金(ENIG)，化学镀镍化学镀金(ENEG)及化学镀镍钯浸金(ENEPIG)。

在这三种选择中，ENIG是基本上不用考虑的，因为它不具备提供高可靠性打金线接合的工艺条件（尽管它被用在不重要的消费产品的应用中），而ENEG具有和电镀镍金同样高的生产成本，在制程方面亦充满了复杂性的挑战。

2014秋季国际PCB技术，信息论坛表面处理与涂覆SurfaceTreatmentandCoating化学沉镍浸钯浸金工艺的研究开发Paper Code：A-021丁启恒(深圳市荣伟业电子有限公司，广东深圳518116) 陈世荣(广东工业大学，广东广州510006)摘要本文介绍了一种新型PCB表面镀覆层一化学镀镍浸钯浸金工艺的研究开发情况。

新型的化学镀镍浸钯浸金工艺应用表明，该工艺对镍层的腐蚀有极大的改善、对焊接可靠性有很大的提高、同时可满足打金线的要求；替代传统的化镍金有着工艺简单、工艺条件容易控制、成本较低、无黑镍产生、优良的焊接可靠性、优良的金线键合能力等优点。

关键词化学镍浸钯浸金；万能表面镀覆层；镍腐蚀；焊接可靠性；金线键合中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009—0096(2014)增刊一0249—09The research and development of electroless nickel／lmmerslon Dallanmm／lmmerSlon90ln ProcessDING Oi—hen CHEN Shi-rongAbstract A ne w PCB surfa ce f in i sh p ro ce ss c ond it ion of electroless Ni／electroless Pd／immersion Au (ENIPIG)was introduced in this pap er．T he p ro ce ss has greatly improv ed t h e cor ro si on resistance of the nickelsame time，it satisfied the req ui re me nt s of gold bonding．The ENIPIGlayer,as we ll a s the solder reli ab il i ty．At t h efinish has the advantages of simple process，easil y con tr ol conditions，low c o s t，n o black nic ke l，go od s olde rre li ab il it y a n d excel lent go l d bond ing ca pacit y,etc comp ared w it h traditional proce ss．Key WOrds PCB；EN IPI G：Su rf ace Fin ish1月lJ吾随着PCB产品高密度化、特别是要求多种连接方法和信号传输高频与高速数字化的应用，加上实施无铅化连(焊)接等，对PCB表面涂(镀)覆层的要求就变得更高；近年提出一种新的表面处理工艺一化学镍钯金，此种表面处理新工艺被业内称为“万能(通用)表面处理工艺”，见表l。

镍钯金金线键合机理简析
镍钯金金线键合机理是指通过热压的方式将金线与镍钯合金基片进行键合，形成可靠的连接。

机理主要涉及以下几个方面：
1. 压力和温度：在键合过程中，施加适当的压力和温度是必要的。

压力可以提供足够的接触压力，将金线与基片表面牢固接触，而温度可以提高金属的塑性，使其更容易发生形变并形成强固的连接。

2. 表面处理：在键合前，镍钯金基片的表面通常需要进行一些预处理，如清洗、去氧化等，以提高金线与基片表面的相互扩散和结合能力。

3. 扩散和互扩散：在键合过程中，金线与基片之间会发生微观结构的相互扩散和互扩散现象。

这些扩散过程可以使金线的材料与基片的材料混合，形成稳定的金属间化合物界面，从而提高键合的强度。

4. 形变和结合：金线与基片之间的热压过程会导致金线和基片之间的形变。

形变可以使金线与基片表面更紧密地结合，并通过金属间的冷焊机制形成坚固的连接。

综上所述，镍钯金金线键合机理是一个复杂的过程，涉及压力、温度、表面处理、扩散和形变等多个因素的相互作用。

这些因素共同作用，才能实现金线与基片之间的牢固连接。

ENIPIG工艺介绍及其优点ENIPIG-An advanced surface finish黄辉祥陈润伟(广东东硕科技有限公司，广州，510288)Huang Hui-xiang，Chen Run-wei(GUANGDONG Toneset Science & Technology co.,LTD,Guanzhou,510288)摘要：本文介绍了ENIPIG的工艺流程，与其他最终表面处理相对比，阐述了其优点。

并通过试验测试，进一步说明了ENIPIG的钯层能有效防止金和镍相互迁移，高温后仍具有良好的邦定和焊锡性能，能耐多次回流焊。

Abstract：关键词：镍钯金、ENIPIG、邦定、黑镍Key words:Ni/Pd/Au、ENIPIG、Bonding、black pad0、前言电子产品趋向于厚度薄、体积细小、重量轻，同时包含更多功能和高速的运行速度。

因此，电子封装工业便发展出多样化及先进的封装技术及方法，使之能在同一块线路版上增加集成电路(IC)的密度，数量及种类。

增加封装及连接密度推动封装方法从通孔技术(THT)到面装配技术（SMT）的演化，它导致了更进一步的应用打线接合的方法(Wire bonding)。

缩小了的连接线间距和应用芯片尺寸封装技术(CSP)，使得装置的密度增大。

目前的化银、化锡、OSP和化镍金等均无法满足无铅组装工艺的所有需求。

本文章介绍了一种适用于集成电路的ENIPIG工艺及其优点，并进行了邦定、可焊性等测试。

1、ENIPIG工艺介绍及其优点1.1 表面处理的比较ENIPIG在镍层和金层之间沉上一层钯，能防止镍和金之间的相互迁移，不会出现黑pad . 具有打线接合能力，焊点可靠度好，能耐多次回流焊和有优良耐储时间等，能够对应和满足多种不同组装的要求.下表是不同表面处理的性能比较：项目OSP 化锡化银ENIG ENIPIG热超声焊- - - + +超声楔焊- - - - +导电性- - + + +可靠性+ + + + ++润湿平衡+ + + + +平整性+ + + + +坚固性+ + - ++ +++多次回流焊+ + + + ++耐储时间+ - + ++ ++1.2 ENIPIG的优点n金镀层很薄即可打金线, 也能打铝线；n钯层把镍层和金层隔开，能防止金和镍之间的相互迁移；不会出现黑镍现象；n提高了高温老化和高度潮湿后的可焊性 ,可焊性优良，高温老化后的可焊性同样很好；n成本很低，金厚为0.03~0.04um，钯厚平均约0.025~0.03um；n钯层厚度薄，而且很均匀；n镍层是无铅的；n能与现有的设备配套使用；n镀层与锡膏的兼容性很好。

第二章
镍钯金产品抗腐蚀性研究
镍钯金抗腐蚀性：
通过对载带镀镍+金的讲解，我们就很容易理解镍钯金产品的抗腐蚀性；
金和钯的电位都是大于0.8 ，这样的金属在空气中根本不会发生任何氧化，腐蚀的，有因为钯和金的厚度非常薄，只有nm级厚度，因此对镍钯金的产品，我们完全可以不考虑钯和金的存在，我们唯一能考虑的就是镍，但镍钯金的镀层镍只能要求范围0.65um—1.5um ,尽管很多客户要求镍钯金的镍厚度范围达到0.5um—2.0um,但从专业角度看，镍的厚度必须控制在0.65um—1.5um , 其原因是我们刚刚学过，镍的厚度越厚，其硬度越大，硬度越大，越容易导致产品变形，硬度越大，越不利于焊线，给予镍钯金焊线的原因，镍的厚度只能控制在0.5um—1.5um ,因此镍钯金产品无法检测盐雾的，其抗腐蚀性非常差，24小时盐雾都无法过去，因此镍钯金产品不追求抗腐蚀性要求。

既然镍钯金不做抗腐蚀性要求，镍钯金存放过程发生氧化腐蚀怎么办呢？因此镍钯金的产品必须抽真空处理，必须要严格管控存放时间，不建议超过6个月。

按照理论我们给镍钯金产品进行一层镍封闭来提高其抗腐蚀性，但镍钯金产品是用来焊线的，因此我们为了获得良好的纯度，表面尽量不做任何封闭处理。

因此我们对镍钯金产品不做抗腐蚀性测试和基本管控。

一、常见板材1. 普通Tg、中Tg、高Tg:o Tg指的是玻璃化转变温度，普通Tg通常在130°C左右，中Tg 在150°C-160°C，高Tg大于160°C。

o高Tg板料在高温下稳定性更好，但成本也相对较高。

2. 有卤、无卤:o有卤板料含有卤素，可提供良好的阻燃性能，但环保性较差。

o无卤板料不含卤素，更环保，但阻燃性能可能不如有卤板料。

3. 低Dk板料:o Dk指的是介电常数，低Dk板料适用于高频应用，可以减少信号传输过程中的损耗。

4. 低损耗板料:o低损耗板料具有较低的介电损耗，适合高速信号传输。

5. 高频板料:o高频板料适用于微波、射频等高频应用，通常具有低损耗和低介电常数。

6. 高速板料:o高速板料设计用于快速数据传输，通常具有低介电常数和低损耗。

7. 金属基板:o金属基板以铝或铜为基，具有良好的热导性，适用于LED照明等需要良好散热的应用。

8. RCC板料:o RCC（Resin Coated Copper）板料是覆铜板，适用于柔性电路。

9. PTC板料:o PTC（Positive Temperature Coefficient）板料具有正温度系数，适用于过热保护。

10. 金属碳板料:o金属碳板料含有金属填充物，提供了改善的热传导性能。

11. 陶瓷板料:o陶瓷板料具有高热导率和良好的高频性能，但成本较高。

12. PI板料:o PI（Polyimide）板料具有高温稳定性和良好的机械性能，常用于柔性电路板。

13. BT板料:o BT（Bismaleimide-Triazine）板料是一种高温环氧树脂，适用于高频应用。

14. PTFE板料:o PTFE（聚四氟乙烯）板料具有极低的介电常数和损耗，适用于高频电路板。

二、常见表面处理方式1. 沉镍金(ENIG)o优点：导电性强，抗氧化性好，寿命长；镀层致密，适用于焊接及插拔场合。

o缺点：成本较高，焊接强度较差。

化学镍金Electroless Nickel/Immersion Gold，简写为ENIG，又称化镍金、沉镍金或者无电镍金，化学镍金是通过化学反应在铜的表面置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍磷合金层，然后再通过置换反应在镍的表面镀上一层金。

化学镍金的主要用途化学镍金主要用于电路板的表面处理.用来防止电路板表面的铜被氧化或腐蚀.并且用于焊接及应用于接触（例如按键，内存条上的金手指等）化学镍金在电路板加工中的主要流程 1 化镍金前处理采用设备主要是磨板机或喷砂机或共用机型，（使用机型较多）主要作用：去除铜表面的氧化物和糙化铜表面从而增加镍和金的附着力2 化镍金生产线采用垂直生产线，主要经过的流程有：进板→除油→三水洗→酸洗→双水洗→微蚀→双水洗→预浸→活化→双水洗→化学镍→双水洗→化学金→金回收→双水洗→出板（建议使用广东达志环保科技股份有限公司的DZ-80X产品）3 化镍金后处理采用设备主要是水平清洗机（多数使用品牌宇宙）。

工艺控制 1 除油缸一般情况﹐PCB沉镍金采用酸性除油剂来处理制板﹐其作用在于去除铜面之轻度油脂及氧化物﹐达到铜面清洁及增加润湿效果的目的。

它应当具备不伤Soider Mask(绿油)﹐低泡型易水洗的特点。

除油缸之后通常为二级市水洗﹐如果水压不稳定或经常变化﹐则将逆流水洗设计为三及市水洗更佳。

2 微蚀缸微蚀的目的在于清洁铜面氧化及前工序遗留残渣﹐保持铜面新鲜及增加化学镍层的密着性﹐常用微蚀液为酸性过硫酸钠溶液。

Na2S2O8﹕80~120g/L硫酸﹕20~50ml/L沉镍金生产也有使用硫酸双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液来进行的。

由于铜离子对微蚀速率影响较大﹐通常须将铜离子的浓度控制有5~25g/L﹐以保证微蚀速率处于0.5~1.5μm﹐生产过程中﹐换缸时往往保留1/5~1/3缸母液(旧液)﹐以保持一定的铜离子浓度﹐也有使用少量氯离子加强微蚀效果。

另外﹐由于带出的微蚀残液﹐会导致铜面在水洗过程中迅速氧化﹐所以微蚀后水质和流量以及浸泡时间都须特别考虑。

一，引言自1997年以来，化学镍金工艺在国内得到迅速推广，这得益于化学镍金工艺本身所带来种种优点。

由于化学镍金板镍金层的分散性好、有良好的焊接及多次焊接性能、良好的打线（Bonding,TS Bond或U Bond）性能、能兼容各种助焊剂，同时又是一种极好的铜面保护层。

因此，与热风整平、有机保焊膜（OSP）等PCB表面处理工艺相比，化学镍金镀层可满足更多种组装要求，具有可焊接、可接触导通、可打线、可散热等功能，同时其板面平整、SMD焊盘平坦，适合于细密线路、细小焊盘的锡膏熔焊，能较好地用于COB及BGA的制作。

化学镍金板可用于并能满足到移动电话、寻呼机、计算机、笔记型电脑、IC 卡、电子字典等诸多电子工业。

而随着这些行业持久、迅猛的发展，化学镍金工艺亦将得到更多的应用与发展机会。

化学镍金工艺，准确的说法应为化镍浸金工艺（Electro-less Nickel and Immersion Gold Pro-cess,即ENIG）,但现在在业界有多种叫法，除”化学镍金”、”化镍浸金”外，尚有”无电镍金”、”沉镍金”。

国内PCB行业多用”沉镍金”一词来谈论这一工艺，因而在本文中，我们也将用”沉镍金”来表述化镍浸金。

二，沉镍金原理概述沉镍金工艺的原理，实际上反而从”化镍浸金”一词中能够较容易地被我们所理解。

即其中镍层的生成是自催化型的氧化-还原反应，在镀层的形成过程中，无需外加电流，只靠高温（880C左右）槽液中还原剂的作用，即可在已活化的铜表面反应析出镍镀层，而金镀层的生成，则是典型的置换反应。

当PCB板进入金槽时，由于镍的活性较金大，因而发生置换反应，镍镀层表面逐渐被金所覆盖。

以下简单介绍一个沉镍金的反应过程：1，沉镍的化学反应：关于沉镍的反应机理，曾有多篇文章提及。

其过程基本上用一个反应式即可表达：在上述各反应式中，可看到一个自催化氧化-还原反应的典型模式。

而在上述各反应中，需要注意的是反应⑤⑥，从中我们可看到有单体磷的生成，在沉镍过程中，此单体磷亦会一并沉于镍层中，因而，事实上的沉镍层，是磷镍构成。

ENIPIG工艺介绍及其优点黄辉祥;陈润伟;刘彬云【摘要】This paper introduce the ENIPIG process and its advantages. Palladium layer is a diffusion barrier between gold and nickel. After high temperature aging, it still has excellent bonding performance and solderability, and can endure relfow several times. It is also suitable forhigh density interconnect board manufacture.%介绍了一种镍钯金ENIPIG工艺，阐述了其工艺流程和优点。

ENIPIG的钯层能有效防止金和镍相互迁移，高温后仍具有良好的键合和焊锡性能，能耐多次回流焊，且能做细小间距的板，适应于高密度HDI的要求。

【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】镍钯金;化学镀镍钯金;鍵合;黑镍;回流焊【作者】黄辉祥;陈润伟;刘彬云【作者单位】广东东硕科技有限公司，广东广州510288;广东东硕科技有限公司，广东广州 510288;广东东硕科技有限公司，广东广州 510288【正文语种】中文【中图分类】TN41电子产品趋向于厚度薄、体积小、重量轻，同时需具有更多功能和高速的运行速度。

因此，电子封装的密度不断增加，新的封装技术缩小了的连接线间距和应用芯片尺寸，使得装置的密度增大，目前的化银、化锡、OSP均存在鍵合（邦定）问题；而传统的化镍金做幼细焊垫时易发生渗镀，镀层耐老化性能差，不能有效地避免黑垫问题，传统的表面处理工艺均无法满足组装发展的所有需求，而新的镍钯金（ENIPIG，Electroless Nickel Immersion Palladium and Immersion Gold）工艺综合了以上各制程的优点，能够满足新的装配工艺的要求。