Химический никель

Одним из альтернатив HASL является осаждение защитных покрытий с помощью химических методов, в частности, химического осаждения слоя никеля толщиной ~2, 5 – 4 мкм. Это покрытие достаточно редко применяется как финишное; основная задача никеля – служить барьерным промежуточным подслоем для осаждения других металлов – иммерсионного золота, химического палладия, иммерсионного серебра и других материалов [22].

Химический никель/иммерсионное золото (ENIG)

Покрытие из химического никеля/иммерсионного золота (ENIG) представляет собой тонкую (~ 0, 05 – 0, 2 мкм) золотую пленку, наносимую поверх подслоя никеля (~ 4 – 5 мкм). Золото хорошо растворяется в припое, не подвержено быстрому потускнению и окислению, поэтому представляется прекрасным выбором в качестве финишного покрытия. ENIG-процесс был выведен на рынок в начале 90-х с целью удовлетворения нужд промышленности в покрытии, которое бы обеспечивало лучшую плоскостность, чем у HASL, при сохранении хорошей паяемости.

Иммерсионное золото наносится как на чистую медь, так и на подслой предварительно нанесенного химическим методом никеля. Никелирование проводится в слабокислом растворе, который позволяет осаждать устойчивые к коррозии сплавы никеля и фосфора (содержание фосфора 8...10%). Ровный, мелкокристаллический и малопористый слой золота обеспечивает хорошую паяемость и защищает никель от окисления, а никель, в свою очередь, выполняет функцию барьера между медью и золотом, предотвращая их взаимную диффузию и последующее окисление меди, ведущее к образованию несмачиваемой припоем поверхности. Иммерсионное золото имеет хорошую адгезию к слою никеля; может наноситься до или после нанесения паяльной маски.

Рекомендуется применять покрытие ENIG при последующем использовании паст с органическими флюсами или флюсами, не требующими отмывки [20].

На практике ENIG можно наносить только в вертикальных системах, что противоречит существующей тенденции к внедрению конвейерного оборудования как более производительного и требующего меньше манипуляций с производимой продукцией. ENIG-процесс является довольно сложным и трудноуправляемым, так как содержит ряд операций с большим числом контролируемых параметров – в частности, операций, проводимых в ванне для никелирования.

В начале своего внедрения одной из основных проблем ENIG-процесса было обеспечение совместимости паяльных масок с ванной для никелирования, где процессы протекают при температурах ~85°С; для ее решения были разработаны специальные маски и техпроцессы. Некоторые многослойные материалы также испытывали проблемы с ванной для никелирования, которые выражались в пропусках покрытия, образованию нерегулярных наростов на кромках проводников и КП, нанесении покрытия в неметаллизированных отверстиях и паразитном никелировании (нанесении покрытия между проводниками).

Нанесение золота на никелевую поверхность возможно вследствие его контролируемого окисления (обменная реакция). При этом, по причине возникающих трудностей контроля никелевой коррозии, возможно ее чрезмерное развитие вплоть до достижения медной поверхности. Это обычно вызывает проблемы, связанные с паяемостью и долговечностью паяного соединения (рис. 1) [2]. Как показывают тесты на сдвиг припаянных шариковых выводов BGA-корпуса, соединение на основе сплава олово-свинец на медном основании является гораздо более прочным, чем на основе никеля. Различие в ТКР BGA-компонентов и печатной платы, в особенности для больших по площади корпусов, вызывают значительные напряжения в паяных соединениях, что может привести к усталостному разрушению соединений с участием периферийных шариковых выводов.

Рис. 1.Избыточная коррозия никеля. Фото из[2]

Согласно стандарту IPC-2221, рекомендуемая толщина химического никеля составляет 2, 5 – 5, 0 мкм, а иммерсионного золота 0, 08 – 0, 23 мкм [1].

Следует отметить, что большинство материалов, наносимых химическим или электрохимическим способом, пригодны для бессвинцовой пайки, хотя их время жизни может быть ограничено 6 месяцами. Все процессы иммерсионного нанесения имеют ограниченное время жизни, так как их свойства неизбежно деградируют со временем. Разложение этих материалов еще более ускоряется в условиях повышенной температуры и влажности. Любой физический контакт с покрытием, нанесенным химическим или электрохимическим способом, скорее всего, ухудшит паяемость.