镍钯金技术
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铜基细间距图形电路化镀镍钯金摘要:对于重布线精密细间距图形电路(线宽/线距20μm/20μm),化镀镍钯金作为一种重要的表面处理技术,既可以为布线金属层提供优良的保护层,又可为后续I/O电极键合印刷提供绝佳的导电过渡层,对重布线金属化(RDL)尤其是细间距图形电路表面处理具有重要的意义。
关键词:RDL;细间距图形电路;化镀镍钯金1引言化学镀是一种不需要导电,依据氧化还原原理,利用强还原剂将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。
金属图形电路要制备导电性好,后续可打线印刷,耐腐蚀氧化,有一定厚度的镀层,往往需要线条表面进行化镀处理1。
化镀镍钯金(ENEPIG)因均镀能力好,平整性高在细间距图形电路表面处理方面越来越受到重视。
重布线金属化大多数采用的铜基材由电镀完成,工艺方面在覆胶曝光显影利用MASK OPENING出待镀线条或图形,经化镀后去胶刻铜最终完成RDL金属化重布线。
本次铜基细间距图形电路加上较窄的线宽线距(20μm/20μm)对化镀镍钯金工艺有较高的技术挑战,具体表现在3个方面①铜基材的镍前活化②镍外扩(OVERPLATING)的控制③亚硫酸根型镀金液钯上镀厚金的工艺窗口,而铜基精密细间距图形电路化镀镍钯金工艺的顺利研发不仅为重布线金属化表面处理提供了可靠的途径,而且同时对亚硫酸根型镀金液钯上镀厚金提供了借鉴方法。
2铜基化镀镍钯金工艺流程及控制2.1化镀镍钯金工艺流程图化镀镍钯金工艺流程图如图1所示。
图1 化镀镍钯金工艺流程图2.2工艺控制2.2.1 前处理前处理用以除去铜面氧化物,粗化铜表面,以便在铜面活化沉钯,形成镍还原的催化中心。
对后续得到均匀的镀层及防止镍的漏镀渗镀,甚至整个化镀镍钯金工艺至关重要。
(1)DESCUM 在做化镀前处理之前,为确保上道工艺显影开孔后待镀铜线无残胶,可先对铜基WAFER进行O2 PLASMA DESCUM微处理。
利用O2氧化性去除有机物从而达到清除残胶目的。
镀钯镍工艺镀钯镍工艺是一种常用的金属表面处理技术,主要用于改善金属的耐腐蚀性、耐磨性和外观装饰性。
本文将介绍镀钯镍工艺的原理、应用领域、工艺流程及其特点。
一、镀钯镍工艺的原理镀钯镍工艺是在金属表面通过电化学方法沉积一层钯和镍的合金层,以提高金属的耐腐蚀性和耐磨性。
钯镍合金层具有优异的化学稳定性和良好的电化学性能,能够有效地防止金属表面的氧化和腐蚀,延长金属的使用寿命。
镀钯镍工艺广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通信、机械制造等领域,主要用于改善金属零件的耐腐蚀性、耐磨性和外观装饰性。
在航空航天领域,镀钯镍工艺可以提高飞机发动机零件的耐高温、耐腐蚀性能;在汽车制造领域,镀钯镍工艺可以提高汽车发动机零件的抗磨损能力;在电子通信领域,镀钯镍工艺可以提高电子元器件的可靠性和稳定性;在机械制造领域,镀钯镍工艺可以提高机械零件的耐磨性和耐腐蚀性。
三、镀钯镍工艺的工艺流程镀钯镍工艺的主要步骤包括表面处理、钯镍合金沉积和后处理。
首先,需要对金属表面进行清洗、脱脂和除锈等处理,以保证金属表面的纯净度和光洁度。
然后,将金属材料作为阴极,将钯和镍盐溶液作为阳极,通过电解的方式将钯和镍沉积在金属表面,形成钯镍合金层。
最后,对钯镍合金层进行清洗、抛光和干燥等后处理,以提高合金层的质量和外观。
四、镀钯镍工艺的特点镀钯镍工艺具有以下几个特点:1. 镀钯镍合金层具有良好的耐腐蚀性和耐磨性,能够保护金属表面免受氧化和腐蚀的影响;2. 镀钯镍合金层具有良好的外观装饰性,能够提高金属零件的整体美观度;3. 镀钯镍工艺适用于多种金属材料,如铜、铁、不锈钢等;4. 镀钯镍工艺的工艺流程简单、操作方便,能够实现批量生产和自动化生产;5. 镀钯镍工艺的成本相对较低,具有较高的经济性和实用性。
镀钯镍工艺是一种重要的金属表面处理技术,通过在金属表面沉积钯和镍的合金层,提高金属的耐腐蚀性、耐磨性和外观装饰性。
该工艺在航空航天、汽车制造、电子通信、机械制造等领域具有广泛的应用,能够有效提高金属零件的性能和质量。
镍钯金生产流程1. 原料准备镍钯金的生产过程首先需要准备原料。
主要原料包括镍矿石、钯矿石、金矿石和其他辅助物质。
这些矿石通常需要进行矿石选矿、破碎和磨矿等处理,以提取出其中的有用金属。
同时,还需要准备一定数量的化学品,如氢氟酸、硝酸、硫酸等,用于后续的化学反应。
2. 矿石提取首先,镍矿石、钯矿石和金矿石需要分别进行提取。
一般来说,在矿石中提取镍、钯和金的工艺过程相似,主要包括碎矿、选矿、浸出和提取等步骤。
矿石经过这些处理后,可以得到含有高纯度镍、钯和金的浸出液。
3. 浸出液处理得到的浸出液需要进行进一步的处理。
首先,将浸出液中的有害杂质进行去除,如铁、铝、铬等。
然后,使用化学药剂,如氢化钠、氢氧化钠等,对浸出液进行中和和沉淀处理,使得其中的镍、钯和金得以分离。
4. 金属分离得到的浸出液中,含有镍、钯和金等多种金属,需要对其进行分离。
一般采用聚焦沉淀法、萃取法、电积法等工艺,将镍、钯和金分别从浸出液中分离出来。
这些分离过程需要严格控制条件和配比,以确保得到高纯度的镍、钯和金。
5. 金属精炼分离出来的镍、钯和金需要进行精炼处理,以消除其中的杂质,提高纯度。
这一过程中,通常采用化学还原、电解、冶炼等方法,将金属进行加热、高温处理,使得其中的杂质被氧化、蒸发或溶解。
以得到高纯度的金属产品。
6. 合金制备得到的高纯度镍、钯和金可以根据需要进行合金制备。
通常,镍、钯和金会按照一定的比例进行混合,并进行熔炼、铸造等工艺,制备出合金产品。
这些产品可以用于制造各种工业设备、电子产品、首饰等。
7. 最终产品制备最终,生产出的镍钯金合金可以进一步加工成各种产品。
比如,可以制成板材、管材、线材、坯料等,或者用于金属粉末冶金、电镀、热喷涂等工艺。
这些产品可以被广泛应用在汽车制造、航空航天、化工等领域。
总结一下,镍钯金的生产流程包括原料准备、矿石提取、浸出液处理、金属分离、金属精炼、合金制备和最终产品制备等多个步骤。
在这些过程中,需要多种化学反应和物理处理方法,以获得高纯度的镍钯金产品。
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。
化学镀镍钯金LTCC基板工艺研究陈晓勇 贾少雄 王颖麟 李 俊(中国电子科技集团公司第二研究所,山西 太原 030024)摘 要 为降低LTCC基板加工材料成本,在全银基板上化学镀镍钯金(ENEPIG)方案具有明显的成本优势和工艺优点。
本文从银导体烧结形貌出发,对比了不同阻焊材料的抗酸碱腐蚀性,分析了内层银导体厚度对基板平面度的影响。
针对化学镀存在的金层渗镀和漏镀、陶瓷腐蚀、镀层剥离、金层发白和色斑等问题,从机理上分析了问题产生的原因,提出了有针对性的解决办法。
关键词 低温共烧结陶瓷;银体系;玻璃;化学镍.镀钯浸金中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1009-0096(2021)06-0052-05 Research on the process of LTCC substrates based on ENEPIG Chen Xiaoyong Jla Shaoxiong Wang Yinglin Li Jun(The 2nd research institute of China Electronics Technology Group Corporation, Taiyuan 030024, China) Abstract In order to reduce the cost of LTCC materials continually, electroless nickel electroless palladium immersion gold (ENEPIG) technology based on silver conductor has the advantage of cost effective and unique process feature. In this paper, the morphology of co-fired silver conductor was studied firstly. To get the strongest ability of corrosion resistance, three kinds of solder mask materials were compared. The thickness of silver conductor belonged to inner layer was thinned to optimize the flatness of LTCC substrates. At last, this article introduced several common quality defects of ENEPIG process which included diffusion coating, plating leakage, ceramic corrosion, coating stripping, blushing and colored spots of gold. Furthermore, by analyzing the reason, the corresponding solutions were put forward to improve the reliability of LTCC substrates.Key words LTCC; Silver Conductor; Glass; ENEPIG0 引言低温共烧陶瓷(LTCC)技术作为多芯片组件(MCM)技术的重要分支,能够满足组件或者模块的小型化、集成化、轻量化和高可靠性的需求,被广泛应用于电子通信、雷达探测以及电子对抗等领域。
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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。
当化学镀镍钯浸金(ENEPIG)在90年代末出现时,但因为2000年时,钯金属价格被炒卖到
不合理的高位,使ENEPIG在市场上的接受延迟了。但是,ENEPIG能够解决很多新封装的可靠性
问题及能够符合ROHS的要求,因此在近年再被市场观注。
除了在封装可靠性的优势上, ENEPIG的成本则是另一优势。当近年金价上升超过US$800/oz,
要求厚金电镀的电子产品便很难控制成本。而钯金属的价格(US$300/oz)则相对于金价来说远低
于一半,所以用钯代替金的优势便显露出来。
表面处理的比较
在现在的市场,适合用在线路板上细小引脚的QFP/BGA装置,主要有4种无铅表面处理
化学浸锡(Immersion Tin)
化学浸银(Immersion Silver)
有机焊锡保护剂(OSP)
化学镀镍浸金(ENIG)
下表列举出这4种表面处理跟ENEPIG的比较。在这4种表面处理中,没有一种表面处理能
满足无铅组装工艺的所有需求,尤其是当考虑到多重再流焊能力、组装前的耐储时间及打线接合
能力。相反,ENEPIG却有优良耐储时间,焊点可靠度,打线接合能力和能够作为按键触碰表面,
所以它的优势便显示出来。而且在置换金的沉积反应中,化学镀钯层会保护镍层防止它被交置换
金过度腐蚀。
表 1 – 不同表面处理性能之比较
当考虑到表面处理在不同组装方法上的表现,ENEPIG能够对应和满足多种不同组装的要求。
表 2 – 不同表面处理对不同组装方法之表现
打金线接合可靠性的比较
在相同打线接合的条件下(用第二焊点拉力测试2nd bond pull test),ENEPIG显现出跟电镀镍金
相约的打金线接合可靠性。
结果
可靠性测试 测试环境 电镀镍金 ENEPIG
1 现状 镀之后 轻微地高于平均拉力 > 9g 平均拉力 > 8g
2 在打线接合后把样本放在150oC烤箱烘烤4小时 加速老化打线接合 轻微地高于平均拉力 > 8.5g 平均拉力 > 8g
结果
预处理测试 测试目的 电镀镍金 ENEPIG
3 把样本放在150oC烤箱烘烤4小时 加速老化 (仿真固晶粘合剂工序) 轻微地高于平均拉力 > 8.5g 平均拉力 > 8g
4 把样本暴露于85oC/85%相对湿度下12小时 模拟一个不受控制的贮藏环境 轻微地高于平均拉力 > 8.5g 平均拉力 > 8g
ENEPIG
样本抗拉力测试中,观察到主要的打线接合失效模式是断裂在金线及十分之少量
的在颈状部位。没有金线不接合和接合点断的情况发生。
断裂在根部 断裂在颈状部位
断裂在金线
电子产品用在高温操作的环境下,更会加强连接可靠的重要性。此测试结果显示出ENEPIG
能够很好的代替电镀镍金。
结论 – 使用ENEPIG的好处
ENEPIG最重要的优点是同时间有优良的锡焊可靠性及打线接合可靠性,优点细列举如下:
1. 防止“黑镍问题”的发生–没有置换金攻击镍的表面做成晶粒边界腐蚀现象
2. 化学镀钯会作为阻挡层,不会有铜迁移至金层的问题出现而引起焊锡性焊锡差
3. 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的出现。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
4. 能抵挡多次无铅再流焊循环
5. 有优良的打金线结合性
6. 大体上说,总体的生产成本比电镀镍金及化学镀镍化学镀金为低
Lam Leung, 高級工程師-亞洲區, 研究發展及工程部, 印刷線路板技術, 罗门哈斯电子材料亞
洲有限公司 (香港). 电子邮件: slleung@rohmhaas.com
罗门哈斯电子材料提供用于表面处理的各项技术,包括沉镍金技术 (ENIG)、沉镍钯金技术
(ENEPIG), 电镍金技术(electrolytic nickel-gold) 与沉锡技术 (immersion tin) 等产品.