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镍钯金产品封装异常探讨

镍钯金产品封装异常探讨

发布日期:2020/12/15 6:11:43

前言

化学镍钯金表面处理作为一种新型的表面处理工艺,其良好的焊锡性,优越的金线键合性能,以及相比传统电金成本的优势,加上其沉积的反应方式为纯化学反应,不用在PCB上预设导线,减少了线路板制做工艺流程,集众多优点于一身的镍钯金工艺已经逐步取代传统电镀金工艺。现已广泛运用到5G通讯、工控、医疗、航天航空、汽车电子、智能穿戴等一些高端产品中。由于化学镍钯金药水技术的逐渐成熟及药水性能稳定,镍钯金工艺已悄然跃上了时代附于它的舞台。镍钯金发展的时日尚短,有很多技术方面和问题还是空白,特别在产品下游封装段。

深圳市金业达电子有限公司创建于2013年,是一家专业从事镍钯金板表面处理的代工厂,公司配制两条镍钯金自动线,月产量18000平米。公司有专业的管理团队及生产技术人员,是比较早进入镍钯金代工的行业,在镍钯金产品的生产以及镍钯金产品终端的封装积累了一些经验,希望能与业界的朋友共同学习与成长。能将镍钯金产品做的更好,助力2025中国制造。

 

 

镍钯金产品Bonding不良之跳线

 

镍钯金产品在下游封装过程中最常见的问题是邦定-----跳线。

何为邦定跳线:在邦定过程中,金线烧球随瓷嘴压在金面上未能与金面键合形成焊点(图1、2),从图片中可以看到瓷嘴的压痕,但金线脱开,此为跳线的一种;另一种跳线为邦定过程中,金线烧球后与金面有键合并形成了焊点,但在瓷嘴切线时将焊点拉脱,镀层上出现凹坑(图3、4)。                                                      


    

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(图1)

(图2)

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(图3)

(图4)


上图(图1)、(图2)不良产生的原因一般有以下几种:

1.由化镍钯金制程异常引起的镀层厚度不合格镍、钯、金厚偏低会导致跳线或由化镍钯金后工序造成表面金厚偏低,例如化金后打喷砂、磨刷、过等离子等处理参数不当都会造成金厚的减薄导致跳线。

目前业界最常规的镍钯金镀层厚度:镍厚≥120u”,钯厚≥2u”,金厚≥3u”,此种镀层厚度已经完全满足了金线邦定的需求,从成本的角度来讲也是较低的,从镍钯金工艺的制程能力来讲也是比较容易达到的,我司推荐客户按此种厚度去控制。当然根据后工序封装工艺的不同,也需做一些调整。例如陶瓷基板封装时要经过300度以上的高温,高温会促使钯层迅速迁移到金表面,金面会变的色泽偏白。针对陶瓷基板可以提升金厚来减轻封装时金面变色的现象。例如有的产品对镍层腐蚀要求严格,针对这一类产品可以提升钯厚到8u”以上,金厚适当降低≥2u”即可。

2.化镍钯金制程后金面受到污染引起,例如后工序的成型、切割、SMT时助焊剂污染等都会造成跳线。为解决后工序造成的金面污染问题,很多封装厂在打邦定之前加了等离子清洗。

 

上图(图3)、(图4)不良产生的原因为镍层腐蚀造成产生的因素一般为以下两个方面:

1.镍钯金制程在沉金过程中,金与镍局部过度置换造成镍层腐蚀;

2.镍钯金后工序中产生镍腐蚀,例如处理金面氧化时,长时间将板浸泡在酸性药水中,酸会透过金、钯层的孔隙咬蚀镍层,造成腐蚀。(图5、图6为邦定跳线后切片发现镍层严重腐蚀不良)

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镍钯金制程控制对镍腐蚀的预防

 

镍钯金制程中产生镍腐蚀的因素有三个方面:

1、镍层结构问题。镍层本身抗腐蚀性差。镍钯金在选用镍槽药水时要选抗腐蚀性能好的硬镍药水,软镍药水在搭配上面较弱于硬镍药水;

2、金缸的置换反应对镍层攻击太强。镍钯金金槽药水选用时要选对镍层攻击性小的药水,会适当降低镍腐蚀的机率。但要完全解决镍腐蚀问题,最终只能通过搭配全还原型的金槽药水来解决(目前几大药水厂商均在推自己的还原金药水,但在稳定性方面还待进一步改良)

3、铜面不纯物引起局部镍层不良,造成金槽药水攻击导致镍腐蚀(图7)。                        blob.png

上图(图7)是化镍钯金板镍层腐蚀受力后脱落处FBI的效果图,可以清楚的看到金槽药水从一点攻入后从镍层的底部开始腐。这种不良为铜面有不纯物引起,比较有效的改善方式就是板在化镍钯金前做Plasma treatment,尤其是软板化镍钯金前一定要Plasma treatment,因为传统的喷砂对软板处理的效果很差,铜表面不纯物的影响更为明显。

     提升钯的厚度也可以防止镍腐蚀的产生,当钯层厚度达到0.2个微米时,钯层的孔隙基本上被封住,金槽药水就很难穿过钯层腐蚀镍层了,但是钯厚提升会增加沉金的难度且生产成本会增加。

 

镍钯金后工序镍腐蚀的预防

 

镍钯金板在后制程控制不当易产生污染、氧化,部分客户为了去除金面氧化用1-3%弱酸对金板进行浸泡,此种浸泡的方式由于不易控制时间,容易造成镍层腐蚀。当金面被污染氧化时,可以在清洗线的最前端增加一道酸洗,酸洗浓度为1-3%的硫酸(严禁使用盐酸、硝酸、柠檬酸),酸洗后再经过充分的水洗,酸洗后至少保证三道DI水洗,确保板面上的酸能完全清洗干净。

镍钯金板不适合做选择性化金,因为镍钯金板金面结构相对传统的化镍金而言镀层结构更为疏松,加上有钯金属的存在,造成各PAD之间的电位差异较大,所以镍钯金板做选化比普通的化镍金板更容易遭到微蚀药水攻击,产生镍腐蚀不良。



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