為什么要使用鎳鈀金(ENEPIG)?

欄目：行業(yè)動態(tài) 發(fā)布時間：2019-04-23

前言

電子產品一直趨向輕薄短小、更高的運行速度，包含更多功能。為了達到以上要求，電子封裝行業(yè)一直致力于開發(fā)更先進的封裝方法，既提高單板上器件的密度，又將多種功能組合成單個高密度封裝。

封裝和互連密度的增加推動了組裝方法從通孔技術（THT）到表面貼裝技術（SMT）的發(fā)展，并且導致更多地使用引線鍵合將芯片連接到基板。小的互連間距和芯片級封裝（CSP）的使用使得器件密度增加，而多芯片模組（MCM）/系統(tǒng)級封裝（SiP）使得在同一封裝上嵌入更多功能從不可能變成現(xiàn)實。

半導體工業(yè)多年來通過減小芯片尺寸來提高器件的性能時，對于電子系統(tǒng)中的芯片須通過封裝彼此互聯(lián)這一事實關注較少。大規(guī)模I/O及訊號傳輸質量的要求，使封裝成為半導體工業(yè)的重要考慮因素。為了滿足封裝工藝要求，實現(xiàn)可靠的連接，無論IC封裝內實現(xiàn)互連的基板或者器件二級封裝互聯(lián)的PCB，線路板的表面處理技術都尤為重要。

本文描述了影響互連可靠性的關鍵因素，尤其側重金線鍵合應用的表面處理特性。

表面處理金線鍵合的選擇

雖然電鍍鎳金提供了優(yōu)異的金線鍵合的性能，但它存在三個主要缺點，每個缺點都阻礙其在前沿應用中使用：

需要相對較高的金層厚度，工藝成本很高。
厚金層容易產生脆弱的錫-金金屬間化合物(IMC)，焊點之可靠性降低。為了增加焊點之可靠性，可在需要焊錫的地方使用不同的表面處理，然而卻會增加額外的工藝成本。
電鍍工藝需要使用電鍍線，限制了封裝載板的設計自由度和布線密度。

電鍍鎳金的這些限制為化學鍍的選擇提供了空間?；瘜W鍍的技術包括化學鍍鎳浸金(ENIG)，化學鍍鎳化學鍍金(ENEG)及化學鍍鎳鈀浸金(ENEPIG)。

在這三種選擇中，ENIG是基本上不用考慮的，因為它不具有高可靠性金線鍵合特性（盡管它已被用于一些低端消費產品中），而ENEG具有和電鍍鎳金同樣高的生產成本，在工藝方面亦充滿復雜挑戰(zhàn)。

雖然化學鍍鎳鈀浸金（ENEPIG）最初是在20世紀90年代末出現(xiàn)的，但其市場接受度卻被2000年左右鈀金屬價格的波動推遲所推遲（2000年時，鈀金屬價格被炒到不合理的高位）。但是ENEPIG可以滿足許多新的封裝應用，滿足可靠性需求，同時滿足無鉛/ ROHS要求，近年市場需求呈現(xiàn)強勁增長。

除了在封裝可靠性的優(yōu)勢上，ENEPIG的成本則是另一優(yōu)勢。近年金價上升超過US$800/oz，要求電鍍厚金的電子產品便很難控制成本。而鈀金屬的價格(US$300/oz)相對于金價來說遠低于一半，用鈀代替金則有明顯優(yōu)勢。

表面處理的比較

目前適合細小引腳的QFP/BGA器件的線路板，主要有4種無鉛表面處理

化學浸錫(Immersion Tin)
化學浸銀(Immersion silver)
有機焊錫保護劑(OSP)
化學鍍鎳浸金(ENIG)

下表列舉出這4種表面處理跟ENEPIG的對比。在這4種表面處理中，沒有一種表面處理能同時滿足無鉛組裝工藝的所有需求，尤其是當考慮到多重再流焊能力、組裝前的耐儲時間及金線鍵合能力。相反，ENEPIG卻有優(yōu)良耐儲時間，焊點可靠度，金線鍵合能力和能夠作為按鍵觸碰表面，有明顯優(yōu)勢。而且ENEPIG在最后置換金的沉積反應中，化學鍍鈀層會保護鎳層防止被置換金過度腐蝕。

表 1 – 不同表面處理性能之比較