錫鬚
電偶腐蝕
只可打铝线 接合
優
表現
差
打金线接合可靠性的比较
在相同打线接合的条件下(用第二焊点拉力测试 2nd bond pull test)，ENEPIG 显现出跟电镀镍金相约的打金线接合可 靠性。
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可靠性测试 1 现状
测试环境 镀之后
2 在打线接合后把样本放 加速老化打线接合 在 150oC 烤箱烘烤 4 小 时
至今，当半导体工业多年来从缩小线宽来致力于增进 装置的性能时，很少有涉及这样的想法，也就是在一 个电子系统中，装置间应该通过包含这个系统的封装 来传递信息。大量的 I/O 需求及讯号传送质量已成为 半导体工业重要考虑的因素，无论在 IC 内部的连接或 把装置封装在线路版上，为了达到可靠的连接，封装 过程的要求及线路版最终表面处理技术同样重要。
结论 – 使用 ENEPIG 的好处
ENEPIG 最重要的优点是同时间有优良的锡焊可靠性及打线接合可靠性，优点细列举如下:
1. 防止“黑镍问题”的发生–没有置换金攻击镍的表面做成晶粒边界腐蚀现象 2. 化学镀钯会作为阻挡层，不会有铜迁移至金层的问题出现而引起焊锡性焊锡差 3. 化学镀钯层会完全溶解在焊料之中，在合金界面上不会有高磷层的出现。同时当化学镀钯溶解后会露出一
为什么要使用化学电镍钯金?
September 2008 2008年9月
本文同步发表于 PCB007 网站
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为什么要使用化学电镍钯金?
前言
电子产品一直趋向体积细小及轻巧，同时包含更多功 能而又有更快速的运作效率。为了达到以上要求，电 子封装工业便发展出多样化及先进的封装技术及方 法，使之能在同一块线路版上增加集成电路(IC)的密 度，数量及种类。
触碰表面之应用 Contact Surface Applications
会 不可
镀层厚度
> 0.15
Total Coating Thickness (micron)
不会 可
Au 0.08 – 0.13 Ni 3.0 – 6.0
不会
可
焊接: Au 0.03 – 0.05 Pd 0.05 – 0.1 Ni 3.0 – 5.0 打线接合: Au 0.07 – 0.15 Pd 0.1 – 0.15 Ni 3.0 – 5.0
较厚的金层厚度要求使得生产成本上升。 在通常所用的厚的金层情况下，由于容易产生脆 弱的锡金金属合金化合物(IMC)，焊点之可靠性 便下降。而为了增加焊点之可靠性，可在需要焊 锡的地方使用不同的表面处理，然而却会造成生 产成本上升。 电镀工艺要求使用导线连通每个线路，这样就限 制了封装载板的最高线路密度。
当化学镀镍钯浸金（ENEPIG）在 90 年代末出现时， 但因为 2000 年时，钯金属价格被炒卖到不合理的高 位，使 ENEPIG 在市场上的接受延迟了。但是， ENEPIG 能够解决很多新封装的可靠性问题及能够符 合 ROHS 的要求，因此在近年再被市场观注。
除了在封装可靠性的优势上， ENEPIG 的成本则是另 一优势。当近年金价上升超过 US$800/oz，要求厚金 电镀的电子产品便很难控制成本。而钯金属的价格 (US$300/oz)则相对于金价来说远低于一半，所以用钯 代替金的优势便显露出来。
相对湿度下 12 小时
境
> 8.5g
ENEPIG 平均拉力 > 8g
平均拉力 > 8g
在 ENEPIG 样本抗拉力测试中，观察到主要的打线接合失效模式是断裂在金线及十分之少量的在颈状部位。没有 金线不接合和接合点断的情况发生。
断裂在根部
断裂在颈状部位
断裂在金线
如电子产品用在高温操作的环境下，更会加强连接可靠的重要性。此测试结果显示出ENEPIG能够很好的代替电 镀镍金。
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表 2 – 不同表面处理对不同组装方法之表现
OSP
Through Hole Technology
多重再流焊後有焊 錫不完全孔的問題
SMT / BGA
Press Fit
Wire Flip Chip /
Bond
TAB
多重再流焊
ENIG IAg ISn ENEPIG
晶粒邊界腐蝕
當厚度高時，介面之微細 空隙便會出現 “champagne voids”
下表列举出这4种表面处理跟ENEPIG的比较。在这4种 表面处理中，没有一种表面处理能满足无铅组装工艺 的所有需求，尤其是当考虑到多重再流焊能力、组装 前的耐储时间及打线接合能力。相反，ENEPIG却有优 良耐储时间，焊点可靠度，打线接合能力和能够作为 按键触碰表面，所以它的优势便显示出来。而且在置 换金的沉积反应中，化学镀钯层会保护镍层防止它被 交置换金过度腐蚀。
ROHM AND HAAS ELECTRONIC MATERIALS 罗門哈斯電子材料
CIRCUIT BOARD TECHNOLOGIES 印刷線路板技術
Technical Communications 科技专刊
Why Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold (ENEPIG)?
层新的化学镀镍层用来生成良好的镍锡合金 4. 能抵挡多次无铅再流焊循环 5. 有优良的打金线结合性 6. 大体上说，总体的生产成本比电镀镍金及化学镀镍化学镀金为低
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Lam Leung, 高級工程師-亞洲區, 研究發展及工程部, 印刷線路板技術, 罗门哈斯电子材料亞洲有限公司 (香港). 电 子邮件: slleung@ 罗门哈斯电子材料提供用于表面处理的各项技术，包括沉镍金技术 (ENIG)、沉镍钯金技术 (ENEPIG), 电镍金 技术(electrolytic nickel-gold) 与沉锡技术 (immersion tin) 等产品.
良
用在打金线接合 Gold Wire bonding
不可
> 12 月
> 12 月
最好避免
最好避免
平
平
良
良
无影响
无影响
良 - 如能在生产上避 免“black pad” 的出 良
现
不可
可
电气探针测试 Electrical Test Probing
差, 除非表面有焊锡 可
可
封装后之腐蚀 Corrosion Risk after Assembly
因为这些限制，使用化学镀的优势表露出来。化学镀 的技术包括化学镀镍浸金(ENIG)，化学镀镍化学镀金 (ENEG)及化学镀镍钯浸金(ENEPIG)。
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表 1 – 不同表面处理性能之比较
特性
OSP
ENIG
ENEPIG
耐储时间 Shelf life (在控制条件下)
锡焊面之接触 Handling / Contact with Soldering
本文章描述影响连接可靠性的主要因素，尤其侧重在 打金线接合的应用中表面处理的性能。
表面处理打线接合的选择
在这三种选择中，ENIG 是基本上不用考虑的，因为 它不具备提供高可靠性打金线接合的工艺条件（尽管 它被用在不重要的消费产品的应用中），而 ENEG 具 有和电镀镍金同样高的生产成本，在制程方面亦充满 了复杂性的挑战。
结果 电镀镍金 轻微地高于平均拉力 > 9g 轻微地高于平均拉力 > 8.5g
ENEPIG 平均拉力 > 8g
平均拉力 > 8g
结果
预处理测试
测试目的
电镀镍金
3 把样本放在 150oC 烤箱 加速老化 (仿真固晶粘合剂 轻微地高于平均拉力
烘烤 4 小时
工序)
> 8.5g
4 把样本暴露于 85oC/85% 模拟一个不受控制的贮藏环 轻微地高于平均拉力
Surfaces
表面装贴面平正性 SMT Land Surface Planarity
多重再流焊 Multiple Reflow Cycles
使用不用清洗助焊剂 No Clean Flux Usage
< 12 月
一定要避免
平 好良 PTH/via fill 要小心
焊点可靠度
Solder Joint Reliability
Immersion Silver < 12 月
Immersion Tin 3–6月
一定要避免
一定要避免
平 好良 无影响
平 好良 无影响
小心界面之微细空隙 良
不可 可 不会 不可
不可 可 会 不可
0.05 – 0.5 typical 1.0 – 1.1
当考虑到表面处理在不同组装方法上的表现，ENEPIG 能够对应和满足多种不同组装的要求。
增加封装及连接密度推动封装方法从通孔技术(THT) 到面装配技术（SMT）的演化，它g)。缩小了的连接线 间距和应用芯片尺寸封装技术(CSP)，使得装置的密度 增大，而多芯片组件(MCM)及系统级封装技术(SiP)使 得在同一芯片上嵌入更多功能从不可能变成现实。
表面处理的比较
在现在的市场，适合用在线路板上细小引脚的 QFP/BGA 装置，主要有 4 种无铅表面处理
化学浸锡(Immersion Tin) 化学浸银(Immersion Silver) 有机焊锡保护剂(OSP) 化学镀镍浸金(ENIG)
虽然电镀镍金能提供优良的打金线接合的性能，它有 着三大不足之处， 而每一不足之处都阻碍着它在领先 领域中的应用。