Pourquoi l'épaisseur de la couche d'or dans ENIG est importante pour le soudage

Mar 06, 2024

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La tâche principale de la finition finale est de protéger le tampon de cuivre du ternissement ou de l'oxydation tout en gardant la surface active pour l'assemblage. Le nickel chimique/or par immersion (ENIG) est une finition largement acceptée sur le marché qui offre une bonne soudabilité et une bonne capacité de liaison des fils d'aluminium. Une fonction principale de la couche d'or est d'empêcher l'oxydation de la couche de nickel.

Généralement, l'épaisseur du dépôt suit les recommandations spécifiées dans l'IPC 4552, qui suggèrent une épaisseur d'or minimale acceptable telle que xmean - 3σ(sigma) ≥ 0,04 µm1. En tant que réponse potentielle à la demande croissante de réduction des coûts dans l'industrie des circuits imprimés (PCB), la réduction de l'épaisseur de la cible en or peut être une option pour contribuer à réduire le coût des métaux précieux de la finition.

Les électrolytes de placage à l'or appliqués pour les finitions ENIG peuvent être classés en trois types différents : les électrolytes d'or de type à immersion totale et les électrolytes d'or à réaction mixte. Pour les électrolytes d'or par immersion, le dépôt est entièrement piloté par la réaction d'immersion dissolvant le nickel pour fournir les électrons nécessaires au placage d'or. Pour réduire l’attaque immersive du nickel, des électrolytes ont été développés ces dernières années et présentent davantage de propriétés autocatalytiques. Comme le mécanisme réactionnel est généralement basé sur une combinaison de réaction d’immersion et de réaction autocatalytique, ces électrolytes peuvent être décrits comme du type or à réaction mixte. Selon le type d'additif ou d'agent réducteur, le rapport immersion/réaction autocatalytique varie. Des propriétés plus autocatalytiques offrent les avantages d'une augmentation linéaire de l'épaisseur au fil du temps et d'une répartition de l'épaisseur plus faible par rapport aux bains de type immersion.

En particulier, la répartition de l'épaisseur de l'or peut varier selon le type d'électrolyte, et pour les électrolytes d'or à forte immersion, elle peut fortement dépendre de la température de placage. Une diminution de la température de seulement 15°C peut entraîner une réduction de l'épaisseur du dépôt de 20 % et plus. De ce fait, une mauvaise répartition de la température dans le réservoir de placage peut facilement contribuer à une mauvaise répartition de l'épaisseur de l'or sur le panneau. Dans le même temps, une faible épaisseur d’or présente un risque élevé de formation d’une couche poreuse.

Les mesures électrochimiques où la finition ENIG a été exposée à un électrolyte corrosif montrent qu'avec une faible épaisseur d'or, le courant mesuré varie sur une large plage, tandis qu'à partir de 0,05 nm, la couche d'or semble être suffisamment dense pour assurer une bonne protection contre les agents corrosifs. attaque de l'électrolyte acide. Le graphique de la figure 1 illustre le risque d'une porosité de couche d'or plus élevée à une faible épaisseur cible de couche d'or.

Pour simuler l'effet d'une couche d'or poreuse sur les propriétés ENIG après vieillissement, une analyse de surface XPS a été réalisée sur des échantillons traités thermiquement. Les échantillons, avec des couches d'or d'épaisseur variable de 40, 70 et 90 nm, ont été trempés à 150°C pendant 30 minutes et 120 minutes, puis comparés à une référence. Les résultats XPS montrent qu'avec l'augmentation des temps de durcissement, une teneur plus élevée en nickel et en oxygène peut être détectée. Cet effet dépend fortement de l’épaisseur de la couche d’or ; avec une faible épaisseur d'or, même sans durcissement, des oxydes de nickel peuvent être détectés sur la surface ENIG. Avec une exposition thermique supplémentaire, ces valeurs augmentent considérablement. La différence est la plus évidente entre 40 et 70 nm. À 90 nm, la migration du nickel est inhibée, de sorte que même après 120 minutes de durcissement, les oxydes de nickel en surface peuvent être maintenus à un faible niveau.

Ces résultats indiquent qu'avec une épaisseur d'or décroissante, la couche d'or est plus poreuse et devient ainsi perméable à la migration du nickel.

Étant donné qu'une épaisseur d'or plus faible et une porosité de couche d'or plus élevée entraînent un risque accru de formation d'oxyde de nickel sur la surface ENIG, cela est également susceptible d'affecter le mouillage de la soudure de la finition finale. Les tests de mouillage de la soudure, tels que le test d'étalement de la soudure, confirment cette observation. Dans ce test, un dépôt de soudure est imprimé sur le tampon ENIG et refusionné. Les panneaux ont été pré-vieillis par vieillissement humide et vieillissement par refusion 2x avant le processus de soudure pour simuler les conditions du processus d'assemblage.