化镍金之腐蚀

Type-7：Corner Section Black Band
ENIG
Type-8：Large Section Black Band
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三種 BlackPad型態（剝金後鎳面 SEM）
A： Normal Ni surface after cyanide strip
镍厚113，沉金400s
镍厚113，沉金600s
ENIG
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不同镍厚，相同沉金厚度之金面SEM对比
镍厚103 μ″金1.34 μ″ 镍厚137μ″金1.36 μ″ 镍厚165 μ″金1.42 μ″ 镍厚193 μ″金1.32μ″
ENIG
B： First stage of corrosive attack is at the Ni nodule boundaries
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三種 BlackPad型態（剝金後鎳面 SEM）
C：
A more advanced stage of corrosive attack into a define Ni layer
ENIG
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腐蚀的原理之
表面遷移
O2
Ni2O3
ENIG
O2 Ni Ni Ni O
H2O Ni(OH)2
NiO 金層
Ni Ni
金層 陰極
陰極
陽極
鎳層
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小结
• 镍面结晶随着时间的增长，镍面趋于平整，晶瘤變大溝 紋減少，从而使金置换过程中对晶粒间的腐蚀减少。 • 在相同镍厚下，沉金时间增长，金水对镍面的刺入腐蚀 加剧； • 在现所用的置换金的生产条件下，一旦镍面完全被金层 覆盖，金厚的增加将较困难，继续沉金只会加剧金水通 过疏孔对镍面进行攻击，继而造成底鎳的過度腐蝕。
ENIG
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鎳層腐蝕因素-4-後處理
a.回收槽浸泡時間過長 b.在鍍金現場放置時間過久 c.水洗水污染
d.水洗烘乾後,板子未冷卻即疊板.
ENIG
e.與其他製程共用水洗/烘乾機(遭污染) f.水洗烘乾機之水洗槽及滾輪發霉 g.包裝前未充分烘乾 h.存放環境濕氣或酸氣過高
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不同镍厚之镍面SEM对比
镍厚103 μ″ 镍厚168 μ″ 镍厚220 μ″
ENIG
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不同沉金厚度之镍面SEM对比
腐蚀过程之
八種 BlackPad型態（切片 SEM）
Type-1：Minimal IG Spike Penetration
ENIG
Type-2：Deep IG Spike Penetration
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腐蚀过程之
9
腐蚀过程
O2 Ni salt Ni2O3 NiO 金層
ENIG
腐蝕劑
Ni salt
H2O
Ni salt Ni salt Ni(OH)2
Ni salt
Ni
金層
Ni salt Ni salt
Ni salt 鎳層
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腐蚀的原理之
Diffusion pattern 3 (Surface Diffusion) Make diffusion on the surface
ENIG
Metal A
Metal A
Metal A
Metal B
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ENIG
Higher magnification
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腐蚀影响的因素-1-銅面
微蝕後無法成為均勻的表面形態. a. 剝錫未淨 b. 凹痕 。鍍銅產生. 。刷磨. 。氧化層過厚, 微蝕後形成凹孔.
ENIG
c. 污染物
ENIG
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结论
• ENIG因為化學置換原理，鎳面腐蝕現象無法絕對避免，只能盡量 減少腐蝕的範圍及程度，降低金槽活性及改善鎳層結構是現階段 ENIG製程裡較有效之方向。 • 建議化鎳的起碼厚度為160 μ″，因當鎳厚不足時其瘤狀結構之 起伏落差過大，將使得金水攻擊界面的效果更猛，甚至可能會穿 過鎳層而到達銅面，如此難免使得後續的銲點強度更加有問題。 • 由Nicholas的研究報告中顯示大面積的鎳面腐蝕才是造成銲點強 度不足的主因，較淺以及小區域的鎳面腐蝕在實驗過程中並未有 銲點信賴性問題。 • 目前所有研究文獻並未明確訂定鎳面腐蝕在多少的深度內是沒有 信賴性疑慮的，不過在Nicholas的報告中較輕程度的腐蝕是小於 鎳層厚度的1/4，而Kuldip的報告中則提到腐蝕深度不宜超過鎳厚 30%，可做為參考。注 （注： ~ BlackPad研究報告A Root Cause Failure Mechanism(Nicholas Biunno） Quan Yi Xing electronics tech (ShenZhen) LTD
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腐蚀的原理之
表面遷移
空氣中O2 Ni Ni 金層
ENIG
空氣中濕氣 Ni2O3 Ni(OH)2
NiO
表面遷移
鎳層 銅層
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腐蚀的原理之 局部電池
任何金屬表面均是電極之 混合體,並且藉金屬本身形 成迴路,只要金屬表面保持 乾燥,便不會發生局部作用 電池和腐蝕.金屬若暴露於 濕氣或水溶液中,便會產生 局部作用電池,並藉化學反 應將金屬轉變為腐蝕生成 物.
化學鎳金腐蝕
泉鎰興電子
腐蝕與黑墊概论
• 鎳溶解與金沈積同時發生置換反應，一旦當其界面被 金層所密封而無鎳可溶時，則金層的沈積亦將停止。 但由於金層疏孔極多，在並不密實的結構下仍可緩慢 進行反應。總體而言，金水在某些因素影響下之過度 活躍性（Hyperactive），將造成局部鎳面非規律性的 過度氧化，縱使鋪滿金層後，其與底鎳之界面間事實 上早已存在了一些可觀的氧化物，繼續老化惡化之後 遂將成為惱人的黑墊（BlackPad）。注
ENIG
D： Final stage of corrosive attack with the mud cracked black pad appearance
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BlackPad FIB 圖示
FIB image of a spike/spreader defect region
Ni
Ni → Ni2+ + 2e－
Ni2+ + 螯合劑 → Ni 錯離子
Au(CN)2 － + e － → Au + 2 CN －
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腐蚀的原理之
固體互溶1 金屬界面互相擴散
ENIG
A 金屬
B 金屬
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ENIG
改善建议
1.乾淨﹑平坦﹑均勻的銅面
2.穩定的鎳層含磷量
3.控制鎳鍍液中的硫化物含量 4.避免浸金過度咬蝕，控制金槽活性与沉金厚度。 5.充分水洗及乾燥 6.良好的保存環境
ENIG
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4
腐蚀的原理之
Diffusion pattern 2 (Grain Diffusion) Make diffusion through the grain boundary
ENIG
Metal A
Metal A Metal B
Metal A
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八種 BlackPad型態（切片 SEM）
Type-3：Shallow Spreading IG Penetration
ENIG
Type-4：Deep Spreading IG Penetration
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腐蚀过程之
置換金 - 不同的鍍金時間 金層剝離後
X 5000
60 分
10 分
Au 厚度2.6 μ”
20 分
Au 厚度 3.3 μ”
30 分
Au 厚度 4.2 μ”
ENIG
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不同沉金厚度，相同镍厚之SEM对比
镍厚113，沉金100s 镍厚113，沉金200s
。滾輪沾黏的綠漆殘渣、顯影後水洗未淨. 。其他污染物, 如殘膠等.
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鎳層腐蝕因素-2-化學鎳
a.抗蝕性不良
。鍍層磷含量過低 ‧析出速度過快. 。硫化物過高 ‧控制失誤(原配方的硫化物). ‧綠漆或防鍍膠帶溶出.
ENIG
（注： ~ BlackPad研究報告A Root Cause Failure Mechanism(Nicholas Biunno）
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腐蚀的原理之
• 金槽置換機制
離子化趨勢 Ni > Au
Ni/P
ENIG
ENIG
b.鎳厚不足
c.建浴用水或鍍鎳後水洗水發霉
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鎳層腐蝕因素-3-浸金
a.置換速度過快
b.金槽加熱速度不足 c.鍍液攪拌不足 d.螯合劑不足 e.金濃度過低 f.鍍金時間過長- 金厚度要求過高 g.建浴用水或鍍金後水洗水發霉
八種 BlackPad型態（切片 SEM）
Type-5：IG Separation of EN Nodules
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Type-6：Small Section Black Band
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ห้องสมุดไป่ตู้13
腐蚀过程之
八種 BlackPad型態（切片 SEM）