化镍金之腐蚀

1、化學鎳金腐蝕化學鎳金腐蝕泉鎰興電子泉鎰興電子2腐蝕與黑墊腐蝕與黑墊概论概论 鎳溶解與金沈積同時發生置換反應，一旦當其界面被金層所密封而無鎳可溶時，則金層的沈積亦將停止。但由於金層疏孔極多，在並不密實的結構下仍可緩慢進行反應。總體而言，金水在某些因素影響下之過度活躍性（Hyperactive），將造成局部鎳面非規律性的過度氧化，縱使鋪滿金層後，其與底鎳之界面間事實上早已存在了一些可觀的氧化物，繼續老化惡化之後遂將成為惱人的黑墊（BlackPad）。注（注： BlackPad研究報告A Root Cause Failure Mechanism(Nicholas Biunno）3腐蚀的原理之腐蚀的原

2、理之金槽置換機制金槽置換機制離子化趨勢 Ni Au NiNi Ni2+ + 2eAu(CN)2 + e Au + 2 CN Ni2+ + 螯合劑 Ni 錯離子Ni/P4腐蚀的原理之腐蚀的原理之B 金屬金屬金屬界面互相擴散金屬界面互相擴散A 金屬金屬固體互溶固體互溶15腐蚀的原理之腐蚀的原理之Make diffusion through the grain boundary Metal BMetal AMetal AMetal ADiffusion pattern 2(Grain Diffusion)6腐蚀的原理之腐蚀的原理之Make diffusion on the surface Metal

3、 BMetal AMetal AMetal ADiffusion pattern 3(Surface Diffusion)7腐蚀的原理之腐蚀的原理之Ni空氣中空氣中O2NiONi2O3Ni(OH)2空氣中濕氣空氣中濕氣表面遷移表面遷移銅層鎳層金層Ni表面遷移表面遷移8腐蚀的原理之腐蚀的原理之任何金屬表面均是電極電極之混合體,並且藉金屬本身形形成迴路成迴路,只要金屬表面保持乾燥乾燥,便不會發生局部作用電池和腐蝕電池和腐蝕.金屬若暴露於濕氣或水溶液中,便會產生局部作用電池,並藉化學反應將金屬轉變為腐蝕生成腐蝕生成物物.局部電池局部電池9腐蚀的原理之腐蚀的原理之H2O金層鎳層Ni金層O2O2NiNi

4、ONi2O3Ni(OH)2NiONiNi陰極陰極陰極陰極陽極陽極表面遷移表面遷移10腐蚀过程腐蚀过程鎳層鎳層金層金層腐蝕劑腐蝕劑O2H2ONiNi2O3NiONi(OH)2Ni saltNi saltNi salt Ni saltNi saltNi saltNi saltNi salt11腐蚀过程之腐蚀过程之八種八種 BlackPad型態（切片型態（切片 SEM）Type-1：Minimal IG Spike PenetrationType-2：Deep IG Spike Penetration12腐蚀过程之腐蚀过程之八種八種 BlackPad型態（切片型態（切片 SEM）Type-3：Sha

5、llow Spreading IG PenetrationType-4：Deep Spreading IG Penetration13腐蚀过程之腐蚀过程之八種八種 BlackPad型態（切片型態（切片 SEM）Type-5：IG Separation of EN NodulesType-6：Small Section Black Band14腐蚀过程之腐蚀过程之八種八種 BlackPad型態（切片型態（切片 SEM）Type-7：Corner Section Black BandType-8：Large Section Black Band15A：Normal Ni surface after

6、 cyanide stripB：First stage of corrosive attack is at the Ni nodule boundaries三種三種 BlackPadBlackPad型態（剝金後鎳面型態（剝金後鎳面 SEMSEM）16C：A more advanced stage of corrosive attack into a define Ni layerD：Final stage of corrosive attack with the mud cracked black pad appearance三種三種 BlackPadBlackPad型態（剝金後鎳面型態（剝金

7、後鎳面 SEMSEM）17BlackPad BlackPad FIB FIB 圖示圖示FIB image of a spike/spreader defect regionHigher magnification18腐蚀影响的因素腐蚀影响的因素- -1-銅面銅面 微蝕後無法成為均勻的表面形態微蝕後無法成為均勻的表面形態. a. 剝錫未淨剝錫未淨 b. 凹痕凹痕 。鍍銅產生. 。刷磨. 。氧化層過厚, 微蝕後形成凹孔. c. 污染物污染物 。滾輪沾黏的綠漆殘渣、顯影後水洗未淨. 。其他污染物, 如殘膠等.19a.抗蝕性不良。鍍層磷含量過低 析出速度過快.。硫化物過高 控制失誤(原配方的硫化物).

8、 綠漆或防鍍膠帶溶出.b.鎳厚不足c.建浴用水或鍍鎳後水洗水發霉 鎳層腐蝕因素鎳層腐蝕因素-2-2-化學鎳化學鎳20a.置換速度過快b.金槽加熱速度不足c.鍍液攪拌不足d.螯合劑不足e.金濃度過低f.鍍金時間過長- 金厚度要求過高g.建浴用水或鍍金後水洗水發霉 鎳層腐蝕因素鎳層腐蝕因素-3-3-浸金浸金21a.回收槽浸泡時間過長b.在鍍金現場放置時間過久c.水洗水污染d.水洗烘乾後,板子未冷卻即疊板.e.與其他製程共用水洗/烘乾機(遭污染)f.水洗烘乾機之水洗槽及滾輪發霉g.包裝前未充分烘乾 h.存放環境濕氣或酸氣過高 鎳層腐蝕因素鎳層腐蝕因素-4-4-後處理後處理22不同镍厚之镍面不同镍厚之

9、镍面SEM对比对比镍厚103 镍厚168 镍厚220 23不同沉金厚度之镍面不同沉金厚度之镍面SEMSEM对比对比 置置換換金金 - 不不同同的的鍍鍍金金時時間間 金金層層剝剝離離後後 10 10 分分 Au 厚度厚度2.6 ” 20 20 分分 Au 厚度厚度 3.3 ” 30 30 分分 Au 厚度厚度 4.2 ”X 5000 60 60 分分24不同沉金厚度，相同镍厚之不同沉金厚度，相同镍厚之SEMSEM对比对比镍厚113，沉金100s镍厚113，沉金200s镍厚113，沉金400s镍厚113，沉金600s25不同镍厚，相同沉金厚度之金面不同镍厚，相同沉金厚度之金面SEMSEM对比对比镍

10、厚103 金1.34 镍厚137金1.36 镍厚165 金1.42 镍厚193 金1.3226小结小结 镍面结晶随着时间的增长，镍面趋于平整，晶瘤變大溝紋減少，从而使金置换过程中对晶粒间的腐蚀减少。 在相同镍厚下，沉金时间增长，金水对镍面的刺入腐蚀加剧； 在现所用的置换金的生产条件下，一旦镍面完全被金层覆盖，金厚的增加将较困难，继续沉金只会加剧金水通过疏孔对镍面进行攻击，继而造成底鎳的過度腐蝕。27结论结论ENIG因為化學置換原理，鎳面腐蝕現象無法絕對避免，只能盡量減少腐蝕的範圍及程度，降低金槽活性及改善鎳層結構是現階段ENIG製程裡較有效之方向。建議化鎳的起碼厚度為160 ，因當鎳厚不足時其瘤狀結構之起伏落差過大，將使得金水攻擊界面的效果更猛，甚至可能會穿過鎳層而到達銅面，如此難免使得後續的銲點強度更加有問題。由Nicholas的研究報告中顯示大面積的鎳面腐蝕才是造成銲點強度不足的主因，較淺以及小區域的鎳面腐蝕在實驗過程中並未有銲點信賴性問題。目前所有研究文獻並未明確訂定鎳面腐蝕在多少的深度內是沒有信賴性疑慮的，不過在Nicholas的報告中較輕程度的腐蝕是小於鎳層厚度的1/4，而Kuldip的報告中則提到腐