Джон Гебхард
Перевод: Ольга Очур
Для дальнейшего использования печатные платы (ПП) поставляются с финишным покрытием — специальной поверхностью с высокой паяемостью, обеспечивающей хорошие электрические и механические соединения при пайке корпусов микросхем и других компонентов, присоединяемых к ПП. Большинство обычных финишных покрытий представляют собой органические защитные покрытия (OSP), иммерсионное золото по подслою никеля (ENIG), иммерсионное олово и иммерсионное серебро. В статье рассказывается о новых материалах покрытия методом ENIG.
Рис. 1. Стандартный ENIG-процесс
Надписи на рисунке:
Cleaning/Activation — очистка/активация;
Electroless Nickel — никелевое покрытие, полученное методом химического восстановления;
Immersion Gold — иммерсионное золото;
RonacleanTM HCP 208 cleaner — очиститель RonacleanTM HCP 208;
Rinse — отмывка;
Microetch — микрошлифовка;
AcidPre-dip — предварительная обработка окунанием в кислоту;
RonamerseTM SMT Catalyst CF — катализатор RonamerseTM;
RonamerseTM SMT Post treatment — постобработка с помощью RonamerseTM SMT;
Dry — сушка
На рис. 1 показан стандартный ENIG-процесс с использованием очистки/активации медной поверхности, за которым и следует нанесение никелевого покрытия (EN) и иммерсионного золота (IG). Как можно понять из названия, никель химически восстановлен с помощью ионов гипофосфита (H2PO2–). Как побочный продукт данной реакции, некоторые фосфористые отложения, остающиеся в никелевом покрытии — обычно около 6–9% от веса — могут обеспечить стойкость к коррозии полученной поверхности. Далее следует нанесение иммерсионного золота (IG) — в ходе этого процесса происходит вытеснение, при котором золото осаждается на никелевую поверхность, замещая никель. При разработке химических составов для процесса ENIG необходимо учитывать свойственную никелю склонность к коррозии.
Селективные процессы ENIG
При производстве печатных плат все чаще требуются смешанные финишные покрытия, а значит, все интенсивнее используются селективные процессы ENIG (S-ENIG). В ходе S-ENIG нанесение иммерсионного золота по подслою никеля выполняется только там, где необходимо присоединение проводов, или на элементы, которые будут служить в качестве контактных площадок или контактов, а на оставшиеся паяемые элементы наносится покрытие OSP. Потенциальные преимущества такого процесса — сокращение расхода золота и, соответственно, общее снижение цены. В целом процесс выглядит так:
- маскирование КП фоторезистом для дальнейшего применения OSP;
- покрытие ENIG прямо на медь;
- снятие сухой пленки;
- покрытие OSP (очиститель > микрошлифовка > OSP с отмывкой между шагами).
Закономерный этап в процессе нанесения OSP — это микрошлифовка, которая гарантирует, что медная поверхность будет чистой для финишного покрытия. Однако при микрошлифовке может быть повреждено никелевое покрытие, это зависит от условий процесса. Чтобы определить полученные характеристики поверхности, в большинстве процессов S-ENIG обязательно оценивается уровень окисления никеля после двух прохождений через OSP — таким образом удается проверить, нужна ли повторная обработка OSP. Единственный способ избежать окисления и увеличить стойкость к нему — использовать высокофосфористый EN (обычно10–12% от веса), а не стандартный EN с обычным содержанием 7–9% фосфора.
Компания Dow Electronic Solutions поставляет составы, позволяющие заказчикам создавать оптимальные финишные покрытия с помощью процесса ENIG для различных ПП. Duraposit ™ SMT820 EN формирует покрытие с содержанием фосфора ~10–11% от общего веса, создавая защиту никелевого покрытия от окисления при совмещении с иммерсионным золотом Aurolectroless ™ SMT 520 IG. SMT 520 IG позволяет снизить концентрацию золота в ванне IG (0,5–0,7 г/л) и достичь толщины слоя золота 1,2~2,5 мкм, обеспечивая высокую стойкость к загрязнениям и продлевая срок службы ванны.
Рис. 2. Анализ FIB стойкости никеля (Ni) к коррозии
Надписи на рисунке:
BeforeOSP — перед OSP;
After 3x OSP simulation — после трех симуляций покрытия OSP
Пример разницы стойкости к коррозии можно видеть на рис. 2, где никелевое покрытие с высоким содержанием фосфора проявляет себя лучше, чем никель со средним содержанием фосфора. Дополнительные тесты с покрытием SMT 820 EN с высоким содержанием фосфора показали хорошую стойкость к коррозии при нескольких применениях OSP (рис. 3, 4), стойкость к коррозии под действием SO2, а также хорошие результаты испытания на сдвиг для проверки паяемости (рис. 5). Во всех случаях финишное покрытие ENIG с использованием никелевого состава с высоким содержанием фосфора показало соответствие всем требованиям технологического процесса.
Рис. 3. Стойкость к коррозии (отверстие) во время покрытия OSP
Надписи на рисунке:
Testpanel: Testpanel U (Via) — тестовая заготовка: тестовая заготовка U (переходные отверстия);
*Microtech treatment of OSP processin customersitewas~30 µ” percycleon Cu — обработка микрошлифовкой в процессе нанесения OSP у заказчика составляла ~30 µ” на цикл на меди;
*EN surface after Austripped — поверхность химического никелирования после снятия слоя золота.
Рис. 4. Поперечный разрез при испытании на стойкость к коррозии во время OSP
Надписи на рисунке:
Testpanel: Testpanel U (PTH) — тестовая заготовка: тестовая заготовка U (металлизированные отверстия);
*Microtech treatment of OSP processin customersitewas~30 µ” percycleon Cu — обработка микрошлифовкой в процессе нанесения OSP у заказчика составляла ~30 µ” на цикл на меди;
*2 holeshasbeencrosssectionedand 2 positionsoutofapositionswerereported — были получены поперечные разрезы двух металлизированных отверстий и данные по двум позициям
Рис. 5. Испытание на сдвиг для проверки паяемости после OSP
Надписи на рисунке:
Comparison of OSP study — по сравнению с покрытием OSP;
Comparisonincludeas-plated, 1xOSPand 2xOSP — сравнение включает свежеосажденное однократное и двукратное покрытие OSP;
*MicroetchtreatmentofOSPprocessincustomersitewas~30 µ” percycleonCu — обработка микрошлифовкой в процессе нанесения OSP у заказчика составляла~30 µ” на цикл на меди;
*SACsolderwasstudied — изучался сплав олова, серебра и меди;
*Shear force was the average of 25 measurements — сила сдвига в среднем из 25 измерений;
*Failure mode percentage was based on 25 measurements — процент отказов на основе 25 измерений;
Shear force for OSP study — сила сдвига для исследуемого OSP;
SheartestfailuremodeforOSPstudy — режим отказа теста на силу сдвига для исследуемого OSP;
Force — сила;
Testmask — тестовая маска;
Failuremode — режим отказа
Компания Dow добавила Duraposit SMT 820 EN с высоким содержанием фосфора в свое портфолио. Новые материалы SMT 820 обеспечивают высокую стойкость к коррозии — не важно, используются ли они в процессах S-ENIG или других покрытиях ПП, удовлетворяя самым высоким требованиям к качеству и надежности современных сложных печатных плат.