摘要 可焊性是印制电路板组装产品极重要的性能之一。文章讨论了化学镍钯金(ENEPIG)的可焊性，首先对化学镍金(ENIG)和化学镍钯金的特点进行了对比，然后通过实验对影响产品焊接的可能因素进行了验证，得出钯层 的有效控制能解决化学镍钯金的可焊性问题。 关键词 化学镍金;化学镍钯金;焊锡性 中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096 (2013) 08-0032-03 印制电路板发展过程中，表面处理的方式也从 单一化向多元化发展。传统的化学镍金(Electroless Nickel Immersion Gold)在焊接的过程中容易出现黑镍 (镍腐蚀)现象，进而引发连接的可靠性问题[1]。因 此，业内又推出了一种新的表面处理工艺，化学镍钯 金(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold)来解决这一技术难题，ENEPIG由于引入化学 钯，阻挡镍与浸金溶液的接触，可有效控制黑镍现象，而ENIG因其镀层平整度高、接触电阻低和助焊 剂兼容性好，也被用于微电子芯片与电路板的封装 技术中[2]。但研究发现，化学镍钯金的可焊性要低于 化学镍金和电镀金，本文对化金与镍钯金进行了对 比，通过实验对产品影响焊接的可能因素进行了验 证，来解决ENEPIG的可焊性问题。
从表1的对比中可以看出，化学镍钯金 (ENEPIG)工艺除兼有化学镍金(ENIG)工艺的可 焊性优异、镀层平整度高、打线键合能力强、和生 产成本低等因素外，相对于ENIG表面处理工艺，引 入化学镀钯会作为阻挡层，一方面不会有铜迁移至 金层的问题出现而引起可焊性差，另一方面在合金 界面上不会有高磷层的出现，能有效防止镍腐蚀现 象，ENEPIG的优势便显现出来，因此ENEPIG被认 为是全能型表面处理工艺。 2焊接的影响因素探究 无论是ENIG还是ENEPIG，焊接时都是在锡与 镍之间形成IMC的过程，为了能够进行焊接，焊接 材料首先需要加热成液态，然后熔融的焊料才会润 湿基底金属的表面。针对ENEPIG，焊接时，金与钯 完全溶解在焊料中，而钯的熔点温度为1 825°C，金的熔点温度1 337 °C，钯在焊料中的扩散速率小于金 在焊料中的扩散速率，所以钯层厚度和金层厚度等 可能会影响到可焊性，另外，金属镀层的表面粗糙 度也会影响到焊锡的扩散状况。基于此分析，设计 如下表2。
各项目的测试结果如表3。
2.1镀层厚度 (1) A/B/C与D/E/F/G的差异在于前处理不同。 (2) B/E的Pd厚采用0.08 pm参数，实际测试值 在0.06 |^m ~ 0.08 |^m之间，B高于E。 (3) C/F/G采用正常参数0.12 pm加工，Pd厚度 实测值在0.09 pm ~ 0.12 pm左右。 (4) G的Au厚比正常高出一倍，但A/D采用无Pd 程序加工，Au厚也较正常高出一倍。 2.2金面粗糙度 (1) MEC超粗化比硫酸双氧水前处理的样品金 面粗糙度大。 (2) 金面粗糙度的尺z与尺a分布整体趋势一致。 2.3金面张力测试 的熔点温度1 337 °C，钯在焊料中的扩散速率小于金 在焊料中的扩散速率，所以钯层厚度和金层厚度等 可能会影响到可焊性，另外，金属镀层的表面粗糙 度也会影响到焊锡的扩散状况。基于此分析，设计 如下表2。 2.1镀层厚度 (1) A/B/C与D/E/F/G的差异在于前处理不同。 (2) B/E的Pd厚采用0.08 μm参数，实际测试值 在0.06 μm ~ 0.08 μm之间，B高于E。 (3) C/F/G采用正常参数0.12 μm加工，Pd厚度 实测值在0.09 μm ~ 0.12 μm左右。 (4) G的Au厚比正常高出一倍，但A/D采用无Pd 程序加工，Au厚也较正常高出一倍。 2.2金面粗糙度 (1) MEC超粗化比硫酸双氧水前处理的样品金 面粗糙度大。 (2) 金面粗糙度的Rz与Ra分布整体趋势一致。 2.3金面张力测试 (1) 钯厚均值小于0.08 μm的样品表面张力达到 或超过3.6×10-4 N，反之未达到3.6×10-4 N。 (2) 钯厚越大，表面张力越小，钯厚越小，表 面张力越大。 2.4润湿性 采用将同一规格的锡球放置在焊盘中央，经过 回流焊后，测量润湿的面积来评定润湿性的差异， 面积越大，润湿性越好。 (1)无钯样品(即类似于ENIG)的锡完全扩 散，并且润湿面积达到2 200 μm2以上，润湿性最 好;0.08 μm钯厚样品润湿性次之，而0.12 μm钯厚的润湿面积在1300 μm2 ~ 1500 μm2之间，润湿 性较差。 (2)钯层越薄，焊锡时扩散越快，反之越慢。 2.5镍腐蚀观察 对样品剥金后，用扫描电子显微镜(SEM)分 析，确认是否有線腐蚀现象。 (1) 有钯样品(ENEPIG)晶胞致密，无微观裂 缝，晶格结构良好，镍层形貌正常，说明钯层可以 有效的作为阻挡层，防止金缸药水对镍的进一步攻 击。 (2) 无钯样品(ENIG)表观有微裂纹，有严重 的镍腐蚀现象，由于没有钯层的保护，金沉积的过 程中，同时发生镍置换金的反应，容易存在一定的 镍腐蚀。 2.6打线测试(图1
(2)无钯产品的锡球扩散性优于有钯产品，但 易导致镍腐蚀、打线拉力低等异常。若钯层较薄， 金与钯置换的同时也与镍置换，使钯层底部悬空， 与镍层产生间隙，出现钯层与镍层剥离的风险；若 钯层较厚，在焊料中的扩散速率小于金在焊料中的 扩散速率，焊接时易出现气泡，因此钯层须有一定 的厚度控制。
(3)金层厚度对锡球扩散性无明显影响。高温 焊接的瞬间，金层将极速溶入液锡中，形成IMC而快 速脱离镍层，迅速扩散进入焊锡中，故知焊点完全 是生长在镍层表面，金层只是保证镍层不被氧化而 己，如果金层太厚，也会发生金脆现象。
通过以上研究可以看出，化学镍钯金各镀层的 厚度都有着重要的意义，综合考虑锡球扩散性、打 线能力和镍腐蚀等各方面控制，ENEPIG产品各镀层 厚度必须有一定范围的控制，而目前很多客户只给 出下限要求，而无上限管控，这很可能导致产品出 现失效现象，因此厂内需要对各镀层的厚度控制要 有合理的上下限控制范围。
4结语
本文对镍钯金与化金进行了对比，通过实验对 影响产品焊接的可能因素进行了验证，得出钯层的 有效控制能解决ENEPIG的可焊性问题。随着今后电 子设备产品的高密度化和高性能化的发展，镍钯金 镀层厚度的有效控制，不仅缓和现在的原材料成本 增加，更重要的是会加强连接的可靠性。胃 参考文献
[1] 林金堵，吴梅珠.化学镍/化学钯/浸金的表面涂 覆层的可焊性和可靠性[J].印制电路信息，2011, 5:43-48.
[2] 杨章荣，王彩霞，沙雷.化学镍层耐腐蚀影响因素 研究[J].印制电路信息，2010(S1):15-23.
[3] 纪成光，陈立宇，袁继旺，王燕梅.化学镍钯金 表面处理工艺研究[J].电子工艺技术，2011， 32(2):90-94.
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