ENIG의 금층 두께가 납땜에 중요한 이유

Mar 06, 2024

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최종 마감의 주요 임무는 구리 패드가 변색되거나 산화되지 않도록 보호하는 동시에 조립을 위해 표면을 활성 상태로 유지하는 것입니다. 무전해 니켈/침지 금(ENIG)은 우수한 납땜성과 Al-와이어 본딩 기능을 제공하여 시장에서 널리 인정받는 마감재입니다. 금층의 주요 기능은 니켈층의 산화를 방지하는 것이다.

일반적으로 증착 두께는 IPC 4552에 지정된 권장 사항을 따르며, 이는 x평균 - 3σ(시그마) ≥ 0.04 µm1로 허용 가능한 최소 금 두께를 제안합니다. 인쇄 회로 기판(PCB) 산업에서 비용 절감에 대한 요구가 증가함에 따라 금 목표 두께를 낮추는 것이 마감재의 귀금속 비용을 줄이는 데 도움이 되는 선택 사항일 수 있습니다.

ENIG 마감재에 적용되는 금도금 전해질은 완전 침지형 금 전해질과 혼합 반응 금 전해질의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 침지형 금 전해질의 경우, 금 도금을 위한 전자를 제공하기 위해 니켈을 용해시키는 침지 반응에 의해 증착이 완전히 이루어집니다. 니켈에 대한 침수 공격을 줄이기 위해 최근 몇 년 동안 더 많은 자가촉매 특성을 나타내는 전해질이 개발되었습니다. 반응 메커니즘은 일반적으로 침지 반응과 자가촉매 반응의 조합을 기반으로 하므로 이러한 전해질은 혼합 반응 금 유형으로 설명할 수 있습니다. 첨가제나 환원제의 종류에 따라 침지/자가촉매 반응의 비율이 달라집니다. 더 많은 자가촉매 특성은 침지형 욕조에 비해 시간이 지남에 따라 선형 두께 증가와 더 낮은 두께 분포의 이점을 제공합니다.

특히, 금의 두께 분포는 전해액의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 침수가 높은 금 전해액의 경우 도금 온도에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 온도를 15°C만 낮추어도 증착 두께가 20% 이상 감소할 수 있습니다. 이로 인해 도금 탱크의 열악한 온도 분포는 패널의 열악한 금 두께 분포에 쉽게 기여할 수 있습니다. 동시에, 낮은 금 두께는 다공성 층 형성 위험이 높습니다.

ENIG 마감재가 부식성 전해질에 노출된 전기화학적 측정에 따르면 금 두께가 얇으면 측정된 전류가 넓은 범위에 걸쳐 달라지는 반면, 0.05nm 이상에서는 금층이 부식성 전해질에 대해 우수한 보호를 보장할 만큼 충분히 조밀한 것으로 나타납니다. 산성 전해질의 공격. 그림 1의 그래프는 낮은 금층 목표 두께에서 금층 다공성이 높아질 위험을 보여줍니다.

노화 후 ENIG 특성에 대한 다공성 금층의 효과를 시뮬레이션하기 위해 열처리된 샘플에 대해 XPS 표면 분석을 수행했습니다. 40, 70 및 90 nm의 다양한 금 두께 층을 갖는 샘플을 150°C에서 30분 및 120분 동안 단련한 후 기준과 비교했습니다. XPS 결과는 경화 시간이 증가함에 따라 더 높은 니켈 및 산소 함량이 검출될 수 있음을 보여줍니다. 이 효과는 금층 두께에 따라 크게 달라집니다. 금 두께가 얇으면 경화 없이도 니켈 산화물이 ENIG 표면에서 감지될 수 있습니다. 추가적인 열 노출로 인해 이러한 값은 크게 증가합니다. 차이는 40nm와 70nm 사이에서 가장 분명합니다. 90nm에서는 니켈의 이동이 억제되어 120분의 경화 시간 후에도 표면의 니켈 산화물이 낮은 수준으로 유지됩니다.

이러한 결과는 금 두께가 감소함에 따라 금 층의 다공성이 높아져 니켈 이동이 가능해짐을 나타냅니다.

금 두께가 낮고 금 층 다공성이 높을수록 ENIG 표면에 산화니켈이 형성될 위험이 높아지므로 이는 최종 마감재의 솔더 젖음에도 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 솔더 확산 테스트와 같은 솔더 습윤 테스트는 이러한 관찰을 확인합니다. 이 테스트에서는 솔더 저장소가 ENIG 패드에 인쇄되고 리플로우됩니다. 조립 공정의 조건을 시뮬레이션하기 위해 납땜 공정 전에 패널을 습식 노화 및 2x 리플로우 노화로 사전 에이징했습니다.