【资料】镍钯金工艺资料(中..汇编

Nikko Shoji Co.,Ltd.
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鈀金層建議厚度
打線
建議厚度
緩衝區域
鈀
上錫
建議厚度
緩衝區域
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
厚度 (um)
打線
建議厚度
緩衝區域
金
上錫
建議厚度
緩衝區域
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
厚度 (um)
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化學鎳金製程 ⇒ 較差上錫性 ⇒ 較差打線能力
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推錫球與剪力測試狀況
回流焊設備與狀況
回流焊 ……………….RF-330
(Japan Pulse Laboratories)
回流環境 ……………..空氣
錫球
…………..Sn-3.0Ag-0.5Cu
助焊劑 …………………..30% Rosin (R type)
在鎳金層中間形成鈀層
鈀層變成阻擋層顯示出以下的影響 1、在鎳層不會有腐蝕的現象 2、鎳層空氣不會發生 3、部會生成富磷層 4、IMC 層較化學鎳金薄 5、鎳的熱擴散層不會發生在金層表面
化學鎳鈀金製程
⇒ 改善上錫能力 ⇒ 改善打線能力
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化學鎳鈀金製程特性
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錫球尺寸……………...0.4mm
評估設備與狀況
推錫球 (Heat bump pull)
設備….....Dage series 4000 BGA 區………0.4mm 探針…………..0.5mm 測試速度…….300μm/s 加熱…………….300℃
錫球剪力(Ball shear) 設備….....Dage series 4000 BGA 區……….0.4mm 測試速度……..380μm/s 高度…..……..… 50μm 下降速度……300μm/s
0.5mm
Test Speed
300μm/s
Heat
300℃
1
As deposit reflow X5
在老化後化學鎳鈀金可以得到較佳的錫球推力
0.5
Spead (mm)
0
Au
0.06
0.05
0.1
Pd
0
0.05
0.1
良好的錫球分散性 (1.2mm over) 在化學鎳鈀金與化學鎳金並無顯著的不同
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由於腐蝕鎳面造成的上錫不良
鎳面的腐蝕是由於金水置換反應的攻擊
Fig１: 金面
Fig2 :晶界腐蝕
Fig3: 腐蝕的切片
・化金時部分抗腐蝕性差的鎳面被腐蝕 (提供高濃度的鎳離子)
・晶界的腐蝕發生是由於過多易腐蝕的鎳產生
・在上錫之後, 由於易 Shoji Co.,Ltd.
錫球分散性
＊分散值 （mm）＝（Dｘ+Dy）/2
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打線特性
Strength （N）
W/B strength after 175℃X2ｈｒ Ni：KG-535
12
10
C
8
B
Ave.
6
Max.
Min.
4
A
Pull 2nd side
D E
2
0
Au
0.25
0.05
0.1
6
Mode (%)
Shear strength (N)
Shear Mado after reflow X5
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Au
Pd
0.06
0.05
0
0.05
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Shear Mode after reflowX5
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鎳金製程（Reflow 5ｘ）
熱擴散阻擋層的需求
～老化後原子放射光譜圖～
經過5次回流焊熱擴散後在表面可以觀察 到鎳原子
鎳鈀金製程 （Reflow 5ｘ）
經過5次回流焊熱擴散後在表面沒有觀察到 鎳原子, 因為中間的鈀層可防止熱擴散
＜二氧化硫 氣體測試＞
・溫度 ：42℃ ・相對溼度：85RH% ・含量 ：10ppm ・時間 ：48ｈｒ ・設備 ：GH-180HT
Au Pd
0.06
0.05
0
0.05
Ave. Max. Min.
0.1 0.1
比化學鎳鈀金低
Solder spread
Ni：KG-535
2
1.5
①
②
③
④
Test Condition
BGA LAND
0.4mm
Solder Ball
0.4mmΦ Sn-Ag3.0-Cu0.5
Flux
Rosin Flux
Probe
Au
0.06
0.05
Pd
0
0.05
B 模式發生
Ni：KG-535
上錫性 (Shear)
<剪力模式>
OK
Ave. Max. Min.
A: Solder 100% B: Ni surface 50% under
0.1
0.1
NG
Ni：KG-535
Mo de C Mo de B Mo de A
0.1 0.1
镍钯金工艺资料(中..
日曠的化學鎳鈀金製程是上錫與打線的最佳選擇
化學鎳金的問題點 ・鎳面氧化腐蝕與黑墊造成的上錫性不佳. ・使用無鉛錫球造成的上錫性不佳. ・高密度印刷電路板需要防止熱擴散阻層 ・厚化金的高成本 (～0.5μm)
建議使用化學鎳鈀金
・抗氧化的特性
・・・良好的錫面結合力
・・・良好的抗腐蝕性
形成富磷層
～化學鍍後原子放射光譜圖～
在化金後可觀察到富磷層
化學鎳鈀金製程
在化金後無富磷層產生
上錫信賴性改善
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藉由熱擴散可產生 IMC 層
Reflow ０ｘ
Reflow 5ｘ
鎳金
鎳鈀金
Reflow ０ｘ
Reflow 5ｘ
・鎳金製程在5分鐘後即可觀察到熱擴散的現象
C: Ni surface 50% over D: Ni surface 100%
＜化學鎳金製程＞ 老化後會發生 B 模式 ＜鎳鈀金製程＞ 良好的剪力模式 (全為 A 模式)
＊剪力無顯著差異
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剝金後的SEM圖像
鎳鈀金
鎳金
在鎳鈀金製程中鎳面無針孔腐蝕發生
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・熱處理的特性
擴散阻層
・・・良好的打線能力
・薄金層（～0.1μm） ・・・低成本
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問題與建議
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【打線狀態】
超音波 (mW)
1st
200
2nd
280
時間 (ms) 200 200
力量 (mN) 220 300
打線的評估狀態
YWay (μm) Louph (μm)
在薄金層有良好的打線結合力 (金層 : 0.05μm)
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Mode (%)
Pull strength (N)
上錫性（HBP、Spread）
Pull strength after refiow X5
Ni：KG-535
18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
■ B : 金球/打線
・・・・・・・・・・・・・OK
■ C :金 線斷裂
・・・・・・・・・・・・・OK
■ D : 打線/載板 (線殘留) ・・・・・・・・・・OK
■ E : 打線/載板 (無殘留)
・・・・・・・・NG
＜化學鎳金製程＞
老化後會發生E-模式的斷裂 (金層 : 0.25μm)
＜鎳鈀金製程＞
700
1000
設備 ： TPT HB16 （Techno Alpha Co.,Ltd.）
溫度
： 150℃
線直徑 ： 25μｍ
【打線推力的狀況】
設備
Dage Bond tester Series 4000
推速度
200μm / sec
測試速度
20 times
【老化狀況】
溫度 ： 175℃
時間 ： 2ｈｒ
Pd
0
0.05
0.1
W/B Mode after 175℃X2hr Ni：KG-535
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Au
Pd
0.25
0.05
0
0.05
E D C B A
0.1 0.1
E 模式斷裂發生
＜斷裂模式＞
■ A : 載板/金球
・・・・・・・・・・・・・・・・NG
（YAMAZAKI SEIKI）
＜環境 評估＞
・溫度相對溼度：55℃-95RH%（12ｈｒ） 25℃-95RH%（12ｈｒ）
・次數 ：6 次 ・設備 ：LH33-12M
（NAGANO science）
二氧化硫測試 /環境評估
Pd:0.05μｍ
Pd:0.1μｍ
Au：0.05μｍ
Au：0.1μｍ
・兩者皆未產生腐蝕現象
・良好的外觀
Pd:0.05μｍ Au：0.05μｍ
・兩者皆未產生異色 ・良好的外觀
Pd:0.1μｍ Au：0.1μｍ
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鎳金
48hr
72hr
二氧化硫測試 /環境評估
72小時後切片
腐蝕到達銅層
鎳鈀金
只有鎳層腐蝕
化學鎳鈀金的沉積有高的抗腐蝕性,
⇒一般化學鎳金反應鎳面會有針孔的缺點 ⇒一般化學鎳金反應腐蝕會到達銅層 ⇒在銅層會有腐蝕出一個大洞 ⇒銅會藉由離子遷移穿越鎳層到達金層表面 ⇒金層表面的銅會有氧化與污染金面的問題 ⇒化學鎳鈀金與化學鎳金反應不同由於中間的鈀層阻隔使得腐蝕並不會到達銅層
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上錫信賴度的改善
Void 鎳金
（Cu,Ni)6Sn5 Ni-P-Sn Ni3P-Ni
Ni-P
鎳鈀金
・在化學鎳鈀金並不會有孔隙產生 ・化學鎳鈀金的IMC (Sn-Ni-P 層) 比化學鎳金薄 是上錫性較佳的主因
・化學鎳鈀金製程可以得到較佳的上錫信賴姓
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化學鎳金製程