化学镍钯金（ENEPIG）表面处理工艺被称为“万能涂层”。该涂层具有极佳的焊接表面，可形成Ni/Sn金属间化合物（IMC），适用于金和铝金属线的可键合表面，也可作为良好的接触面。ENEPIG也是化学镀镍/浸金（ENIG）沉积偶尔会发生的镍腐蚀——“黑盘”的解决办法。

 

由于化学镍钯金具有灵活性而获得了更多的市场份额，特别是可作为金线键合表面，如果延长在浸金中的停留时间以满足金层厚度大于3.0 μin（0.075 μm）的设计要求，偶尔会观察到键合失效。失效表现为金属线键合浮起。失效键合的失效分析表明，Ni/Pd界面处出现了分离现象。镍表面呈黑色，明显被腐蚀为“黑盘”。ENIG中的镍腐蚀发生在浸金沉积步骤中，通常是由于镍表面受损（不均匀），加上具有侵蚀性的浸金液（低金浓度、低pH值）和在金液中停留时间延长造成的。延长停留时间是为了达到设计要求的更厚浸金层。当理论上不适用浸金步骤时，化学镀钯层覆盖的镍如何腐蚀？

 

浸金沉积是一种置换反应，其中一个镍金属原子被氧化成镍离子，释放出两个电子。这两个电子被溶液中的两个带正电荷的金离子吸收，反之还原成金属并沉积在镍基板的表面。

 

氧化还原置换反应的驱动力可由电势得出。电势序列是化学元素（原子、分子和离子）列表，按它们获得或失去电子（分别被还原或氧化）的趋势排列，用伏特表示，并参照氢电极进行测量，氢电极被视为标准，其电势被任意分配为1.0 v。

 

Ni/Au交换的驱动力是Pd/Au交换的3.4倍。如果浸金离子能够接触到底层的镍，这将是金还原阻力最小的途径。金将以镍为代价被还原，从而使镍被氧化或腐蚀，金沉积在钯层的顶部。研究和失效机理分析表明，在一定条件下（达不到标准的镍沉积加上在侵蚀性浸金液中的停留时间延长），浸金可以接触到底层镍。

 

IPC修订版ENEPIG规范IPC-4556-A规定浸金层厚度为1.2 μin-2.8 μin（0.03 μm-0.07 μm）。虽然数据显示，这种金的厚度足以进行金线键合，但为了打开金线键合窗口，通常在电路板设计中会指定金的厚度（>3.0 μins/0.075μm）。

 

有3种方法可以减缓ENEPIG沉积中的镍腐蚀。第1种方法是控制化学镀镍工艺，以产生具有最小缝隙的均匀沉积层，将沉积层中的磷含量提高1个或2个百分点，并且不要试图在浸金液中沉积较厚的金。

 

第2种方法是沉积较厚的化学镀钯层（6 µin-8 μins，0.15 μm-0.20 μm），该层可以覆盖镍沉积层中的任何缺陷，充当浸金和底层镍之间的屏障。这是一个相对昂贵的中介层，因为一盎司钯的价格现在已超过了一盎司黄金。

 

第3种方法是用还原辅助浸金（RAIG）代替浸金（IG）。RAIG是一种混合反应液。浸没反应和自催化反应同时开始。当基板变得不易接近时，浸没反应将减少，而自催化反应将占主导地位。RAIG是非侵蚀性的，不会产生基板腐蚀，并且能够在同一个步骤中沉积4 μin-6 μin（0.10 μm-0.15 μm）厚的金层。

 

最佳减缓方法的选择由制造商及其供应商决定，工艺选择要适合生产车间，并在制造商的预算限制范围内。在此值得一提的是，RAIG解决方案越来越受欢迎，正在成为ENEPIG的选择，特别是在电路板的设计中指定更厚的金。

本文发表于《PCB007中国线上杂志》6月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

George Milad 是Uyemura 公司的国内客户技术经理。

更多内容和参考文献，可点击在线阅读。

#制造工艺与管理  #ENEPIG  #表面处理  #镍腐蚀