电子元器件电极表面状态对互连焊接可靠性的影响（三）
5．引脚可焊性镀层对焊接可靠性的影响
1）Au镀层
（1）镀层特点。该镀层有很好的装饰性、耐蚀性和较低的接触电阻，镀层可焊性优良，极易溶于钎料中。其耐蚀性和可焊性取决于有否足够的镀层厚度及无孔隙性。薄镀层的多孔隙性，易发生铜的扩散，带来氧化问题而导致可焊性变差。而过厚的镀层又会造成因Au的脆性而带来不牢固的焊接头。许多公司将ENIG Ni／Au用做表面涂层，并获得了成功。然而，在将ENIG Ni／Au涂层与BGA结合起来使用时，有时其结果是不可预见的。最近几年出现两种失效模式：
●第一种失效模式是不润湿或半润湿，这种现象被称为“黑色焊盘”；
●第二种失效模式是与机械应力相关的层间开裂。
（2）镀层厚度。焊接用镀金层是24k纯金，具有柱状结构，有极好的导电性和可焊性。其厚度：1级：0．025～0．05μm；2级：0．05～0．075μm；3级：0．127～0．254μm。
2）Ag镀层
（1）镀层特点。Ag在常温下具有最好的导热性、导电性和焊接性，除硝酸外，在其他酸中是稳定的。Ag具有很好的抛光性，有极强的反光能力，高频损耗小，表面传导能力高。然而，Ag对S的亲和力极高，大气中微量的S（H2S、SO2或其他硫化物）都会使其变色，生成Ag2S、Ag2O而丧失可焊性。Ag的另一个不足是Ag离子很容易在潮湿环境中沿着绝缘材料表面及体积方向迁移，使材料的绝缘性能劣化甚至短路。
（2）化学镀Ag。化学镀Ag层既可以焊接，又可“绑定”（压焊），因而普遍受到重视。化学镀Ag层本质上也是浸Ag。Cu的标准电极电位为φ oCu＋／Cu＝0．51V，而Ag的标准电极电位为φ oAg＋／Ag＝0．799V，因而Cu可以置换溶液中的Ag离子而在Cu表面生成沉积的Ag层。
3）Ni镀层
（1）镀层特点。Ni有很好的耐蚀性，在空气中容易钝化，形成一层致密的氧化膜，因而它本身的焊接性能很差。但也正是这层氧化膜使它具有较高的耐蚀性，能耐强碱，与盐酸和硫酸作用缓慢，仅易溶于硝酸。焊接件镀Ni主要是防止底层金属Cu向表层Au层扩散。实际上它是充当一层阻挡层，故要求镀Ni层的应力要低，并且与Cu和Au层之间结合力要好。
（2）镀层厚度。Ni镀层分下述两种。
●半光亮Ni：又称低应力Ni或哑Ni，低应力Ni宜于焊接或压接，通常作为板面镀金的底层；
●光亮Ni：做插头镀金的底层，根据需要也可作为面层，光亮Ni层均匀、细致、光亮，但不可焊。镀Ni层应具有均匀致密、孔隙率低、延展性好的特点，用于焊接和压接时适宜采用低应力Ni。镀层厚度（IPC－6012规定）：不低于：2～2．5μm。打底：1级 2．0μm；2级 2．5～5．0μm；3级 ≥5．0μm。4）Sn镀层Sn不仅怕冷，而且怕热。在温度低于13．2℃时发生相变，由β相（白锡）演变为α相（灰锡），即发生锡瘟现象。而在161℃以上时，白锡又转变成具有斜方晶系结构的斜方锡。斜方锡很脆，一敲就碎，展性很差，叫做“脆锡”。白锡、灰锡、脆锡是锡的3种同素异性体。
（1）镀层特点。镀Sn在钢铁上属于阴极镀层，只有其镀层无孔隙时，才能有效地保护钢铁免受腐蚀。不同的工艺方法获得的镀层，其焊接性能也是不同的，如表2所示。表2
镀暗Sn层外观呈无光泽的灰白色，其焊接性能比光亮镀Sn层好，但它不能抵抗手汗渍的污染。镀暗Sn层经热熔后，其可焊性最好，抗手汗渍污染能力也大为提高。光亮镀Sn层焊接性能好，且在工序传递及储存过程中有很好的抗手汗渍和其他污染的能力。但由于有机添加剂的存在，在加热时会放出气体，造成焊缝中出现气泡、裂口等缺陷，影响焊点的可靠性。
（2）镀层厚度。Sn容易与Cu生成金属间化合物，这种金属间化合物可焊性不良。但一定量的金属间化合物是润湿的标志。故Sn镀层中应该有一部分用于金属间化合物的生成，而镀层的表面为氧化膜所占用，剩余部分才可用于改善可焊性。因此，通常镀Sn层厚度为8～10μm。
5）Cu镀层Cu是一种优良的可焊性镀层，只要它的表面是新鲜的，或者采取了有效的保护而没有氧化或腐蚀。细晶粒的镀层比粗晶粒镀层具有更好的可焊性。
6）Pd镀层化学浸Pd（钯）是元器件引脚的理想Cu－Ni保护层，它既可焊接又可“绑定”（压焊）。可直接镀在Cu上，因Pd有自催化能力，镀层可以增厚，其厚度可达0．08～0．2μm。它也可镀在化学Ni层上。Pd层耐热性高、稳定，能经受多次热冲击。由于Pd价格高于Au，故在一定程度上限制了它的应用。随着IC集成度的提高和组装技术的进步，化学镀Pd在芯片级组装（CSP）上将发挥更有效的作用。
