Por que a espessura da camada de ouro no ENIG é importante para a soldagem

Mar 06, 2024

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A principal tarefa do acabamento final é proteger a almofada de cobre de manchas ou oxidação e, ao mesmo tempo, manter a superfície ativa para a montagem. Níquel eletrolítico/ouro de imersão (ENIG) é um acabamento amplamente aceito no mercado que fornece boa soldabilidade e capacidade para ligação de fios Al. A principal função da camada de ouro é evitar a oxidação da camada de níquel.

Normalmente, a espessura do depósito segue as recomendações especificadas na IPC 4552, que sugere uma espessura mínima de ouro aceitável como xmédia - 3σ(sigma) ≥ 0,04 µm1. Como uma resposta potencial à crescente demanda por redução de custos na indústria de placas de circuito impresso (PCB), a redução da espessura alvo do ouro pode ser uma opção para ajudar a reduzir o custo do metal precioso do acabamento.

Os eletrólitos banhados a ouro aplicados para acabamentos ENIG podem ser categorizados em três tipos diferentes: eletrólitos de ouro do tipo totalmente imersão e eletrólitos de ouro de reação mista. Para os eletrólitos de ouro de imersão, a deposição é totalmente impulsionada pela reação de imersão, dissolvendo o níquel para fornecer os elétrons para o revestimento de ouro. Para reduzir o ataque imersivo ao níquel, nos últimos anos foram desenvolvidos eletrólitos que apresentam mais propriedades autocatalíticas. Como o mecanismo de reação é tipicamente baseado em uma combinação de reação de imersão e reação autocatalítica, esses eletrólitos podem ser descritos como reação mista do tipo ouro. Dependendo do tipo de aditivo ou agente redutor, a relação imersão/reação autocatalítica varia. Mais propriedades autocatalíticas proporcionam os benefícios de um aumento linear de espessura ao longo do tempo e menor distribuição de espessura em comparação com banhos do tipo imersão.

Em particular, a distribuição da espessura do ouro pode variar com o tipo de eletrólito e, para eletrólitos de ouro com alta imersão, pode depender fortemente da temperatura de revestimento. Uma diminuição da temperatura em apenas 15°C pode levar a uma redução da espessura do depósito de 20% ou mais. Por isso, uma má distribuição de temperatura no tanque de galvanização pode facilmente contribuir para uma má distribuição da espessura do ouro no painel. Ao mesmo tempo, uma baixa espessura de ouro apresenta um alto risco de formação de camada porosa.

Medições eletroquímicas onde o acabamento ENIG foi exposto a eletrólito corrosivo mostram que com baixa espessura de ouro, a corrente medida varia em uma ampla faixa, enquanto de 0,05 nm e superior, a camada de ouro parece ser densa o suficiente para garantir uma boa proteção contra o corrosivo ataque do eletrólito ácido. O gráfico da Figura 1 ilustra o risco de maior porosidade da camada de ouro com baixa espessura alvo da camada de ouro.

Para simular o efeito de uma camada porosa de ouro nas propriedades ENIG após o envelhecimento, a análise de superfície XPS foi realizada em amostras tratadas termicamente. As amostras, com camadas de ouro com espessuras variadas de 40, 70 e 90 nm, foram temperadas a 150°C por 30 minutos e 120 minutos e depois comparadas com uma referência. Os resultados do XPS mostram que, com o aumento dos tempos de cura, pode ser detectado um maior teor de níquel e oxigênio. Este efeito depende fortemente da espessura da camada de ouro; com baixa espessura de ouro, mesmo sem a cura, podem ser detectados óxidos de níquel na superfície ENIG. Com exposição térmica adicional, estes valores aumentam significativamente. A diferença é mais óbvia entre 40 e 70 nm. A 90 nm, a migração do níquel é inibida, de modo que mesmo após 120 minutos de cura, os óxidos de níquel na superfície podem ser mantidos em níveis baixos.

Estes resultados indicam que com a diminuição da espessura do ouro, a camada de ouro é mais porosa e, portanto, torna-se permeável para a migração do níquel.

Como a menor espessura do ouro e a maior porosidade da camada de ouro levam a um risco aumentado de formação de óxido de níquel na superfície ENIG, é provável que isso também afete o umedecimento da solda no acabamento final. Os testes de umedecimento da solda, como o teste de propagação da solda, confirmam esta observação. Neste teste, um depósito de solda é impresso na almofada ENIG e refluido. Os painéis foram pré-envelhecidos por envelhecimento úmido e envelhecimento por refluxo 2x antes do processo de soldagem para simular as condições do processo de montagem.