239 / 2021-04-14 09:30:17

Sn-3Ag-0.5Cu焊料和薄化学镍钯金表面处理层界面反应及可靠性工艺研究进展

封装 薄化学镍钯金 界面反应 可靠性

    化学镍钯金(Electrolessnickel/electrolesspalladium/immersion gold，ENEPIG)是对电路板及微电子芯片进行表面处理以提高焊接性能的重要工艺。传统ENEPIG体系中Ni(P)厚度较厚（4-7µm），在应用中存在电阻过大，电信号退化以及潜在的桥连问题，因此开发薄ENEPIG以替代传统ENEPIG已成为封装应用中的新兴问题。

    目前，Sn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）焊料综合性能较好，是应用最为广泛的商业无铅焊料。然而在SAC305/薄ENEPIG的界面反应中，Ni(P)层在回流后会耗竭，IMC生长快，不利于焊点的导电性及机械可靠性。因此，研究者们从选择合适的Ni(P)厚度、Pd(P)厚度及其P含量等方面尝试，观察界面结构的演变，以期提高焊点的可靠性。

    在界面反应初期，Pd(P)厚度及其P含量的降低促进连续致密的(Cu ,Ni )₆Sn₅(high Ni)层的生成，有效抑制Ni的扩散，从而减缓Ni-P层的损耗，提高焊点的可靠性。。不同厚度Ni-P层焊点界面结构及形貌可分为三类：当Ni-P层小于0.1µm时，Ni-P层很快完全耗竭，焊点界面生成较厚的单层(Cu,Ni)₆Sn₅；Ni-P层厚度在0.1-0.3µm时，Ni-P层耗竭后转变成的Ni₃P仍能起到一定扩散阻挡作用，焊点界面的上方和下方分别形成了连续的(Cu,Ni)₆Sn₅ (high Ni)和(Cu,Ni)₆Sn₅ (low Ni)；当Ni-P层厚度在0.3-1.0µm时，Ni-P层局部耗竭，焊点界面上方形成贝壳状的(Cu,Ni)₆Sn₅ (high Ni)，在底部形成不连续的块状(Cu,Ni)₆Sn₅ (low Ni)。最后，薄ENEPIG焊点的导电性、抗热冲击性优于传统的ENEPIG焊点，然而老化后的抗剪切性能、电气可靠性较差。

    本文归纳了薄ENEPIG处理研究进展，对SAC305/薄ENEPIG的界面反应机理进行了简介，总结了Ni(P)厚度，Pd(P)厚度及其P含量等对于焊点界面结构及形貌的影响，分析了SAC305/薄ENEPIG焊点的导电性、抗冲击性能、抗热冲击等性能，以期为薄ENEPIG的开发提供一定参考。