化学镀镍/镀钯/浸金（ENEPIG）能够实现多次焊接和键合，所以在广泛的应用领域都是非常可靠的表面涂层工艺。本文介绍了一种纯钯电沉积层的新型化学镀液，这种工艺可以采用含钯成分更少的镀液，且工艺稳健性更高。采用不同方法测试了这项工艺性能，并与市场上的成熟方案进行了对比。

 

简介

随着高性能和高可靠性应用的市场不断增长，ENEPIG已成为公认的成熟的表面涂层工艺。镍层可以形成可靠的防扩散阻挡层，同时，其可焊接、可键合的表面涂层使其能够适合多种应用。有一些原因导致市场中ENEPIG的使用率有所下降，特别是在过去一年半的时间里。

鉴于近期钯的价格出现上涨，工艺成本成为了行业重点关注的因素，降低成本是应用ENEPIG工艺的主要原因之一。同时，化学镀钯的电解质对处理不当或外部杂质非常敏感。本文介绍的新型镀钯溶液的含钯成分会较低，同时又能确保较高的工艺稳健性。

本文会着重对比新型钯电解质Pd-Core®和传统镀钯溶液。新配方可使工艺仅需用含钯量为0.5 g/l的镀液，且因此整个工艺的成本能减少约50%。同时，与市场上传统的工艺镀液使用寿命相比，新型镀液使用寿命大幅延长，还不会产生任何沉淀或析出现象。

 

镀液

 

新型Pd-Core®工艺的关键特性之一就是工艺运行时需要的钯含量低。虽然溶液中钯的目标含量是0.5 g/l，镀液形成的沉积层在整个使用周期中都具有稳定的性能，在10个面积介于0.25 mm²至49 mm²之间的焊盘上，经测量，沉积层厚度分布可以达到5%至10% CoV。厚度分布不受整体钯层厚度影响，既可以达到150 nm的厚度，也可以达到400 nm的厚度（图1）。

图1：整个镀液使用周期中，不同大小的焊盘上钯沉积层的厚度分布

在温度为55 °C，pH值为5.8的操作条件下，工艺可运行10个MTO，整个过程性能都一致稳定，未出现任何沉淀或析出现象。在8分钟的镀覆时间内，可得到厚度为150 nm的钯层。和市面上现有的其他纯钯沉积层相比，新型Pd-Core®工艺沉积的钯层具有细密的晶体结构（图2）。

图2：钯沉积层中的晶体结构FIB切口

 

焊接性能和键合性能

本节主要介绍有新型Pd-Core®层的ENEPIG表面涂层在焊料润湿、焊点可靠性和引线键合方面的性能，并将其与使用传统纯钯工艺形成的ENEPIG表面涂层进行对比。根据IPC J-STD 003在采用SAC 305焊料的选择性波峰焊接测试中，在来料时及老化后，焊料均完全润湿所有通孔。图3给出了直径为0.8 mm的通孔在来料时已经过2次回流焊、且在85%相对湿度、72 °C的环境中经历受潮老化8小时之后的典型结果。

图3：不同老化条件下，直径为0.8mm的PTH分别采用Pd-Core®和Pd-Tech® PC工艺达到160 nm和400 nm钯层厚度的选择性波峰焊接结果对比

为了研究ENEPIG表面涂层的焊点可靠性，针对Pd-Core®和Pd-Tech® PC钯层分别进行了高速剪切测试。整个镀液的使用周期中不断重复这项测试，钯层厚度分别为160 nm和400 nm。对于所有条件，镍层和金层的厚度都保持一致。30个使用SAC 305焊料、直径为450 µm的焊料球放在了380 µm的SR开口处进行剪切，剪切速度为1.2 m/s，剪切高度为20 µm。对于在镀液的整个使用周期性能都一致稳定的两种工艺，观察到其剪切能量和断裂模式均类似。新型Pd-Core®表面涂层和大规模生产中已经证实可靠有效的Pd-Tech® PC钯之间，并没有很大差异（图4）。

图4：Pd-Core®钯层和Pd-Tech® PC钯层的ENEPIG涂层在高速剪切测试中的总能量值

就两种表面涂层的金属间化合物成分来看，外观相类似，看不出差别（图5）。

图5：钯层分别为160 nm和400 nm的ENEPIG表面涂层在经过1次和3次回流焊后形成的IMC剖面图

再次印证，两种工艺下生成的IMC，不论是体积还是在回流焊老化后的形状，都是类似的，而且形成了非常均质且粒径均匀的密集IMC，未出现任何缺陷或空洞。

ENEPIG表面涂层的主要目的之一就是用较薄的金层实现与金线的键合，本文将金属线键合性能与传统纯钯沉积的金属线键合性能进行了对比。层厚度类似，还核查了钯镀液在整个使用周期中的性能。使用23 µm的金线形成了键合、断裂负荷为9.9 g；测量了来料状态下及老化后4个小时150 °C温度下的拉力强度。两种工艺的平均拉力值类似，并且在整个镀液使用周期中拉力强度都是一致的（图6）。

 

图6：ENEPIG涂层的金线键合拉力强度和断裂模式

只观测到了模式2、模式3、模式4断裂；无浮起或未发现有剥离现象。在使用周期为16个MTO、钯含量为0.5 g/l的Pd-Core®钯镀液中进行测试，相当于8个MTO、钯含量为1 g/l的传统纯钯镀液。因此，可以说两种工艺的性能完全可比，Pd-Core®镀液的可靠性和已经在大规模生产中得到验证的传统纯钯沉积的可靠性相同。

由于篇幅有限，本文节选刊登，更多内容可点击此处在线阅读，本文发表于《PCB007中国线上杂志》12月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

 

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