引言
已故的Karl Dietz从未写过主题为钯表面涂层的文章，但他确实探讨了金镀层作为表面涂层的主题，并全面深入地介绍了铜镀层。如今，钯作为表面涂层的工艺又复兴起来。钯涂层在20世纪70年代非常流行，因为仅有的其他表面涂层是锡铅回流、镍金、OSP或浸锡。当时，钯在汽车行业非常受欢迎，主要的电路板供应商是纽约Glenn Cove的Photocircuits公司。
表面涂层
随着半导体（IC晶体管）变得越来越小，上升时间越来越快，信号对其路径中的任何磁性金属都更敏感。为了改善插入损耗，已经开发了许多表面涂层替代方案，比如使用镍层起到阻挡铜和金属相互扩散的作用。
每家公司都有自己的喜好。最简单、最便宜的是OSP，其次是无铅HASL，但各有利弊。浸银在北美相当普遍，浸锡在欧洲很普遍。ENIG作为长期标准工艺，镍现在开始发挥作用，因为它不像其他金属那样会溶解在焊料中。目前，加入钯（Pd）代替镍作为阻挡层，如Pd/Ag、Ni/Pd、Ni/Pd/Au、Pd/Au和Au/Pd/Ao，可增强可焊性、引线键合力以及延长保质期，为取代ENIG而开发的。在ENEPIG的开发过程中，人们认识到，除了正常的焊接应用之外，在镍和金之间添加钯层可以实现金及铝引线键合。此外，钯层可以限制因过于激烈反应的浸金工艺而产生的的镍腐蚀。电解镍、电解金表面涂层通常是这种引线键合需求的记录工艺（process of record ，简称POR）。对ENEP工艺进行了ENEP调查，该工艺本质上是不含浸金步骤的ENEPIG工艺，实际上是ENEPAG推向市场之后而开发的。与ENEPIG相比，ENEP似乎是具有在无铅条件下更强的焊点可靠性、更低的成本（通过消除金）以及最近研究的铜引线键合能力等优点的表面涂层。
汽车用钯表面涂层
21世纪10年代初，钯再次成为表面涂层选择。电子化学品公司OMG（现在是MacDermid旗下公司）推出了其新型钯涂层PallaGuard。PallaGuard的一些功能包括：
- 消除黑盘
- 铜上的单一涂层
- 极佳的银替代品
- 将工艺时间缩短为15分钟
- 极佳的保质期
- 可用于更换碳开关
- 恶劣环境下的极佳替代涂层
- 极佳的金键合剪切测试结果
特性
1803年，英国化学家William Hyde Wollaston发现了钯的很多属性：
- 纯钯沉积物，原子序数46
- 熔点为2830.82℉（1554.90℃）
- 钯矿床，含2%~3%磷（Pd-P）
- 纯钯比Pd-P软50%（图1）
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图1:OMG 对化学镀钯表面涂层的说明(来源:OMG 旧手册)
- 比重为11.9
- · 0℃时的电阻率（µΩ-cm）：10.7
- · 电导率，百分比IACS:16· 导热系数，CGS单位：0.17
- · 焊接时沉积厚度为2~5µin，引线键合时沉积厚度5~15µin
- · Pd的硬度在300至400 V.P.N.范围内，且相对无内应力，因此板不会出现卷曲和剥离问题
- · 当焊点强度很关键或需要金线键合时，可使用钯
- · 与Pd-P相比，纯Pd具有更好的润湿角和回流铺展（图2）
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图2:Pd-P和纯钯自催化沉积物的硬度对比
钯的新应用
对于电子组件的可靠性，特别是在恶劣环境下，除成本外，相比镍，钯具有许多优点。为了提高引线键合可靠性，镍或铜上至少5µin[0.125µm]的化学镀钯将可消除0.7 mil金线表面，提高拉伸强度。
黑盘—镍腐蚀
在化学镀镍和浸金之间使用化学镀钯（Electroless Palladium ，简称EP）层可将消除镍腐蚀（黑盘，black pad），Pd层越厚，浸金沉积厚度越薄，从而降低成本。原因是，在较低的EP厚度下，金离子可以接触到底层镍，并以加速速度沉积，从而会产生镍腐蚀。由于无法接触底层镍，与磷钯的浸金（IG）反应自限为2µin[0.05µm]。
总结
钯作为表面涂层、铜或镍阻挡层的复兴，解决了许多问题。当PCB可能在危险、腐蚀性或极端环境（如汽车）中运行时，这一优势对于可靠性尤为有意义。
与其前身ENIG和电解Ni/Au相比，ENEPIG已被证明可提供更强的焊料互连和引线键合。当使用SAC3xx焊料时，ENIPIG失效所需的拉力和剪切力至少比ENIG和Ni/Au高5%。此外，即使在采取了预处理步骤之后，ENEPIG/SAC3xx焊料互连中的失效原因是本体中的延展性，而ENIG/SAC2xx和Ni/Au/SAC3xx的失效原因主要是IMC中的脆性。本体中的延展失效意味着ENEPIG与SAC3xx焊料的可焊性优于ENIG和Ni/Au。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年12月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
