Үшін соңғы жабу процесі ПХД өндіріс соңғы жылдары айтарлықтай өзгерістерге ұшырады. Бұл өзгерістер HASL (ыстық ауаның бірігуі) шектеулерін жеңудің тұрақты қажеттілігінің нәтижесі және HASL баламаларының көбеюі.

Соңғы жабын тізбекті мыс фольгасының бетін қорғау үшін қолданылады. Мыс (Cu) – бөлшектерді дәнекерлеуге арналған жақсы бет, бірақ оңай тотығады; Мыс тотығы дәнекерлеудің дымқыл болуына кедергі келтіреді. Алтын (Au) қазір мысты жабу үшін қолданылғанымен, себебі алтын тотықпайды; Алтын мен мыс тез таралады және бір -біріне енеді. Кез келген ашық мыс тез пісірілмейтін мыс оксидін түзеді. Бір әдіс – никель (Ni) «кедергі қабатын» қолдану, ол алтын мен мыстың ауысуына жол бермейді және компоненттерді жинау үшін берік, өткізгіш бетті қамтамасыз етеді.

Электролиттік емес никельмен қаптауға арналған ПХД талаптары

Электролиттік емес никель жабыны бірнеше функцияларды орындауы керек:

Алтын кен орнының беті

Тізбектің түпкі мақсаты – ПХД мен компоненттер арасында жоғары физикалық беріктігі мен жақсы электрлік сипаттамалары бар байланыс құру. Егер ПХД бетінде қандай да бір оксид немесе ластану болса, бұл дәнекерленген қосылыс бүгінгі әлсіз ағынмен болмайды.

Алтын табиғи түрде никельдің үстіне түседі және ұзақ сақтау кезінде тотықпайды. Алайда, алтын тотыққан никельге шөгпейді, сондықтан никель ваннасы мен алтынның еруі арасында никель таза күйінде қалуы керек. Осылайша, никельге қойылатын бірінші талап-оттегісіз ұзақ уақыт бойы алтынның тұнбаға түсуіне мүмкіндік беру. Құрамдас бөліктер никель тұнбасында фосфордың 6 ~ 10% болуына мүмкіндік беретін химиялық сілтілендіру ванналарын жасады. Электролиттік емес никель жабындысындағы фосфор құрамы ваннаны бақылаудың, оксидтің және электрлік және физикалық қасиеттердің мұқият балансы ретінде қарастырылады.

қаттылығы

Электролиттік емес никельмен қапталған беттер физикалық беріктігін қажет ететін көптеген қосымшаларда қолданылады, мысалы, автокөлік беріліс мойынтіректері. ПХД талаптары бұл қосымшаларға қарағанда әлдеқайда қатал, бірақ белгілі бір қаттылық сыммен байланыстыру, сенсорлы тақтаның контактілері, коннектордың жиектері мен өңдеудің тұрақтылығы үшін маңызды.

Қорғасынды байланыстыру никельдің қаттылығын қажет етеді. Егер қорғасын тұнбаны деформацияласа, үйкеліс жоғалуы мүмкін, бұл қорғасынның субстратқа «еруіне» көмектеседі. SEM суреттері жалпақ никель/алтын немесе никель/палладий (Pd)/алтын бетіне енбейтінін көрсетті.

Электрлік сипаттамалары

Мыс – тізбекті қалыптастырудың таңдаулы металы, себебі оны жасау оңай. Мыс электр энергиясын барлық металдарға қарағанда жақсы өткізеді (кесте 1) 1,2. Алтын сонымен қатар жақсы электр өткізгіштікке ие, бұл оны сыртқы металл үшін тамаша таңдау етеді, себебі электрондар өткізгіш жолдың бетінде ағып кетеді («беткі» пайда).

Кесте 1. ПХД металының төзімділігі

Мыс 1.7 (оның ішінде Ω см

Алтын (оның ішінде 2.4 см

Никель (оның ішінде 7.4 см)

Электролиттік емес никель жабыны 55 ~ 90 мкм см

Көптеген өндіріс пластиналарының электрлік сипаттамаларына никель қабаты әсер етпесе де, никель жоғары жиілікті сигналдардың электрлік сипаттамаларына әсер етуі мүмкін. Микротолқынды ПХД сигналының жоғалуы дизайнерлік сипаттамалардан асып кетуі мүмкін. Бұл құбылыс никельдің қалыңдығына пропорционалды – дәнекерленген жерге жету үшін тізбек никель арқылы өтуі керек. Көптеген қосымшаларда 2.5 мкм -ден аз никель шөгінділерін көрсете отырып, электрлік сигналдарды жобалау ерекшеліктеріне қалпына келтіруге болады.

Байланыс кедергісі

Байланыс кедергісі дәнекерлеуге қабілеттіліктен ерекшеленеді, себебі никель/алтын беті ақырғы өнімнің қызмет ету мерзімі ішінде пісірілмеген күйінде қалады. Никель/алтын қоршаған ортаға ұзақ әсер еткеннен кейін сыртқы байланыста өткізгіш болып қалуы керек. Антлердің 1970 жылғы кітабында никель/алтынмен байланысқа қойылатын талаптар сандық түрде көрсетілген. Қолданудың әр түрлі орталары зерттелді: 3 “65 ° C, бөлме температурасында жұмыс істейтін электронды жүйелер үшін қалыпты максималды температура, мысалы компьютерлер; 125 ° C, әмбебап коннекторлар жұмыс істеуі керек температура, көбінесе әскери мақсаттар үшін көрсетілген; 200 ° C, бұл температура ұшатын қондырғылар үшін маңызды бола бастайды ».

Төмен температура үшін никельді тосқауылдар қажет емес. Температура жоғарылаған сайын никель/алтын алмасуын болдырмау үшін қажетті никель мөлшері артады (II кесте).

Кесте 2. Никель/алтынның жанасу кедергісі (1000 сағат)

Никель тосқауылы қабаты қанағаттанарлық байланыс 65 ° C кезінде қанағаттанарлық байланыс 125 ° C кезінде қанағаттанарлық байланыс 200 ° C

0.0 мкм 100% 40% 0%

0.5 мкм 100% 90% 5%

2.0 мкм 100% 100% 10%

4.0 мкм 100% 100% 60%

Антлердің зерттеуінде пайдаланылған никель электрмен қапталған. Электролиттік емес никельден жақсартулар күтілуде, оны Бодранд 4 растады. Алайда, бұл нәтижелер 0.5 мкм алтынға арналған, онда жазықтық әдетте 0.2 мкм тұнбаға түседі. Ұшақ 125 ° C температурада жұмыс істейтін байланыс элементтері үшін жеткілікті деп қорытынды жасауға болады, бірақ жоғары температура элементтері арнайы тестілеуді қажет етеді.

«Никель неғұрлым қалың болса, соғұрлым жақсы тосқауыл болады, – дейді Антлер, – бірақ ПХД өндірісінің шындығы инженерлерді қажет болғанша никель сақтауға итермелейді. Жалпақ никель/алтын енді сенсорлы тақтаның байланыс нүктелерін пайдаланатын ұялы телефондар мен пейджерлерде қолданылады. Элементтердің бұл түрінің сипаттамасы кемінде 2 мкм никель болып табылады.

Қосқыш

Электролиттік емес никель/алтынға батыру серіппелі, пресстелген, төмен қысымды жылжымалы және басқа да дәнекерленбеген коннекторлары бар платалар өндірісінде қолданылады.

Қосылатын қосқыштар ұзақ физикалық төзімділікті қажет етеді. Бұл жағдайда электролиттік емес никель жабындары ПХД қолдану үшін жеткілікті берік, бірақ алтынға батыру мүмкін емес. Қайта үйкеліс кезінде өте жұқа таза алтын (60-90 Knoop) никельден сүртіледі. Алтынды алып тастағанда, ашық никель тез тотығады, нәтижесінде контактілі қарсылық жоғарылайды.

Электролиттік емес никельмен қаптау/алтынға батыру өнімнің қызмет ету мерзімі ішінде бірнеше кірістіруге төзімді қосылатын қосқыштар үшін ең жақсы таңдау болмауы мүмкін. Көп мақсатты қосқыштар үшін никель/палладий/алтын беттері ұсынылады.

Кедергі қабаты

Электролиттік емес никель пластинадағы үш кедергі қабаты қызметін атқарады: 1) мыстың алтынға таралуын болдырмау үшін; 2) Алтынның никельге таралуын болдырмау үшін; 3) Ni3Sn4 металларалық қосылыстардан түзілген никель көзі.

Мыстың никельге диффузиясы

Мыстың никель арқылы өтуі мыстың беткі алтынға ыдырауына әкеледі. Мыс тез тотығады, нәтижесінде никель ағып кеткен жағдайда құрастыру кезінде дәнекерлеу нашар болады. Никель сақтау кезінде және пластинаның басқа жерлері дәнекерленген кезде құрастыру кезінде бос пластиналардың қоныс аударуы мен таралуын болдырмау үшін қажет. Демек, тосқауыл қабатының температуралық қажеттілігі 250 ° С -тан төмен бір минутқа жетпейді.

Turn және Owen6 әр түрлі тосқауылдық қабаттардың мыс пен алтынға әсерін зерттеді. Олар мынаны анықтады: «… Мыс өткізгіштігінің 400 ° С және 550 ° С температураларындағы салыстыруы фосфор құрамы 8-10% болатын алты валентті хром мен никельдің зерттелген ең тиімді тосқауылдық қабаттар екенін көрсетеді ». (3 кесте).

Кесте 3. Мыстың никель арқылы алтынға енуі

Никель қалыңдығы 400 ° C 24 сағат 400 ° C 53 сағат 550 ° C 12 сағат

0.25 мкм 1 мкм 12 мкм 18 мкм

0.50 мкм 1 мкм 6 мкм 15 мкм

1.00 мкм 1 мкм 1 мкм 8 мкм

2.00 мкм Диффузиялық емес диффузиялық емес

Аррениус теңдеуіне сәйкес төмен температурада диффузия экспоненциалды түрде баяу жүреді. Бір қызығы, бұл экспериментте электролиттік емес никель электрмен қапталған никельге қарағанда 2-10 есе тиімді болды. Бейн мен Оуэн «… Бұл қорытпаның (8%) 2 мкм (80 мич) кедергісі мыс диффузиясын елеусіз деңгейге дейін төмендетеді.

Бұл экстремалды температура сынағынан никель қалыңдығы кемінде 2 мкм қауіпсіз сипаттамаға жатады.

Никельдің алтынға диффузиясы

Электролиттік емес никельдің екінші талабы-никель алтынмен сіңдірілген «түйіршіктер» немесе «ұсақ тесіктер» арқылы өтпейді. Егер никель ауамен байланыста болса, ол тотығады. Никель оксиді сатылмайды және оны ағынмен алу қиын.

Керамикалық чипті тасымалдаушылар ретінде қолданылатын никель мен алтын туралы бірнеше мақалалар бар. Бұл материалдар монтаждың жоғары температурасына ұзақ уақыт төзеді. Бұл беттерге арналған жалпы сынақ – 500 ° C 15 минут.

Тегіс электролиттік емес никель/алтын сіңдірілген беттердің никель тотығуының алдын алу қабілетін бағалау үшін температураға төзімді беттердің дәнекерлеу қабілеттілігі зерттелді. Әр түрлі жылу/ылғалдылық және уақыт шарттары сыналды. Бұл зерттеулер никель алтынды сілтісіздендіру арқылы жеткілікті түрде қорғалғанын көрсетті, бұл ұзақ қартаюдан кейін дәнекерлеуге жақсы мүмкіндік береді.

Никельдің алтынға диффузиясы кейбір жағдайларда, мысалы, алтын термалсоникалық сыммен байланыстыру үшін шектеу факторы болуы мүмкін. Бұл қосымшада никель/алтын беті никель/палладий/алтын бетіне қарағанда аз дамыған. Яковангело никель мен алтын арасындағы тосқауыл қабаты ретінде палладийдің диффузиялық қасиетін зерттеді және 0.5 мкм палладийдің тіпті экстремалды температурада да миграцияны болдырмайтынын анықтады. Бұл зерттеу сонымен қатар 2.5 ° C температурада 15 минут ішінде Auger спектроскопиясымен анықталған 500 мкм никель/палладий арқылы мыс диффузиясы болмағанын көрсетті.

Никель қалайы гендерлік қосылыс

Беттік монтаждау немесе толқынды дәнекерлеу кезінде ПХД бетіндегі атомдар металдың диффузиялық қасиеттеріне және «интерметалдық қосылыстар» түзу мүмкіндігіне байланысты дәнекерлеу атомдарымен араласады (4 -кесте).

Кесте 4. Дәнекерлеу кезіндегі ПХД материалдарының таралуы

Металл температурасы ° C диффузиялық (мкм/ дюйм)

Алтын 450 486 117.9 167.5

Мыс 450 525 4.1 7.0

Палладий 450 525 1.4 6.2

Никель 700 1.7

Никель/алтын және қалайы/қорғасын жүйелерінде алтын бірден бос қаңылтырға дейін ериді. Дәнекер Ni3Sn4 интерметаллдық қосылыстар түзе отырып, астындағы никельге берік бекітуді қалыптастырады. Дәнекердің мыстың астына түспеуін қамтамасыз ету үшін жеткілікті никель жинау керек.Бадердің өлшемдері тосқауылды ұстап тұру үшін 0.5 мкм -ден аспайтын никель қажет екенін көрсетті, тіпті алтыдан астам температуралық цикл кезінде. Іс жүзінде байқалатын металл аралық қабаттың максималды қалыңдығы 0.5 мкм -ден аз.

кеуекті

Электролиттік емес никель/алтын жақында ғана ПХД бетінің соңғы жабындысына айналды, сондықтан өнеркәсіптік процедуралар бұл бетке сәйкес келмеуі мүмкін. Қосылатын қосқыш ретінде қолданылатын электролиттік никель/алтынның кеуектілігін тексеру үшін азот қышқылының бу процесі бар (IPC-TM-650 2.3.24.2) 9. Электролиттік емес никель/сіңдіру бұл сынақтан өтпейді. Тегіс беттердің салыстырмалы кеуектілігін анықтау үшін калий феррицианидін қолдану арқылы кеуектіліктің еуропалық стандарты әзірленді, ол бір миллиметр шаршы миллиметрге тесік бойынша беріледі (қателер /мм2). Жақсы тегіс беті 10х үлкейту кезінде шаршы миллиметрде 100 тесіктен аз болуы керек.

қорытынды

ПХД өңдеу өнеркәсібі құны, цикл уақыты мен материалдың үйлесімділігі себептері бойынша тақтаға салынған никель мөлшерін азайтуға мүдделі. Никельдің минималды спецификациясы мыс бетінің алтын бетіне таралуын болдырмауға, дәнекерлеудің беріктігін сақтауға және жанасуға төзімділікті төмен ұстауға көмектеседі. Никельдің максималды спецификациясы пластина өндірісінде икемділікке мүмкіндік беруі керек, өйткені қалың никель шөгінділерімен ешқандай елеулі бұзылу режимдері байланысты емес.

Электрондық тақтаның қазіргі конструкцияларының көпшілігінде никельдің қалыңдығы 2.0 мкм болатын электролиттік емес никель жабыны қажет. Іс жүзінде ПХД өндірісінде никель қалыңдығының диапазоны қолданылады (2 -сурет). Никель қалыңдығының өзгеруі ваннаның химиялық қасиеттерінің өзгеруіне және автоматты көтеру машинасының тоқтау уақытының өзгеруіне байланысты болады. Кем дегенде 2.0 мкм қамтамасыз ету үшін соңғы пайдаланушылардың спецификациясы 3.5 мкм, минимум 2.0 мкм және максимум 8.0 мкм болуы керек.

Никель қалыңдығының көрсетілген диапазоны миллиондаған платаларды шығаруға жарамды екенін дәлелдеді. Ассортимент дәнекерлеуге, жарамдылық мерзіміне және қазіргі электрониканың байланыс талаптарына сәйкес келеді. Бір өнімнен екіншісіне монтаждау талаптары әр түрлі болғандықтан, әр нақты қолдану үшін беткі қабаттарды оңтайландыру қажет болуы мүмкін.