Выпуск #1/2007
Джордж Милад, Марио Ордуз.
Инновационные решения для ведущих процессов
Инновационные решения для ведущих процессов
Просмотры: 1489
В современных условиях быстрого изменения технологий новаторские компании имеют шанс удовлетворить требования производства все более быстродействующих, миниатюрных, дешевых и легких электронных изделий.
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Чтобы отвечать новым требованиям рынка, изготовители печатных плат (ПП) форсируют поиск новых и прогрессивных технологических процессов на каждом этапе производства. Металлизация сквозных отверстий и меднение поверхности подвергаются серьезному исследованию, так как они составляют основу процессов, которые формируют проводящие дорожки и соединения через сквозные отверстия.
Палладиевая система металлизации. Вследствие недостатков существующих процессов, таких как химическое меднение или металлизация с использованием углерода, внедряется новая система металлизации, основанная на адсорбции палладия. Она предназначена для изготовления гибких и жёстко-гибких плат, где при наслаивании всегда используются адгезивные слои. Эти прослойки чувствительны к воздействию высокой щелочности, присутствующей при химическом осаждении меди. Новая технология обеспечивает сильно укороченное время процесса, что минимизирует воздействие щелочи. Кроме того, она создает условия, которые обеспечивают сцепление палладия только с полиимидным диэлектриком, а не с медью. Благодаря этому не требуется травление медной поверхности перед электролитическим осаждением, как это имеет место при углеродной системе. А микротравление медной поверхности увеличивает пористость, что снижает надёжность межсоединений внутренних слоёв. Электроосаждение меди. Проблему электроосаждения меди составляет получение равномерной толщины и однородной поверхности без потери её механических свойств (сопротивление растяжению и относительное удлинение). Значимость этих свойств особенно возрастает при высоком термическом напряжении в случае бессвинцовой пайки.
Проблема равномерной толщины чаще всего встречается в двух основных местах: на поверхности и в сквозных металлизированных отверстиях. В первом случае есть опасность избыточной металлизации изолированных дорожек, а во втором – сложно выполнить требование минимальной толщины меди в центре отверстия с высоким аспектовым отношением. Поверхностная однородность иногда нарушается гранулами самого разного происхождения, что несовместимо с применением золотой проволоки для соединений.
Эти проблемы помогут решить новые разработки:
* новые химические добавки, улучшающие распределение;
* многочисленные усовершенствования существующих добавок;
* устранение гранул благодаря использованию нерастворимого анода;
* заполнение отверстий.
Электроосаждение с высокой рассеивающей способностью электролита. В последние годы появилось новое поколение систем меднения с высокой рассеивающей способностью электролита. Эти ванны спроектированы для современных значений плотности гальванических токов, которые ниже традиционных 2,7–3,2 A/дм2, применявшихся в прошлом для производства двухсторонних и более простых плат. Они обеспечивают требуемые физические свойства при плотности постоянного тока от 0,5 до 2 А/дм2, создавая блестящее пластичное покрытие. В них применяется особая смесь органических добавок, включающих уникальное выравнивающее средство. Выравниватель играет ключевую роль в повышении рассеивающей способности, особенно при сочетании с перемешиванием. Некоторые из этих ванн могут обеспечить рассеивающую способность выше 80% для отверстий с аспектовым отношением 10:1 за 90 мин при плотности тока 1,6 A/дм2.
Металлизация отверстий с заполнением. Для выполнения требований межсоединений высокой плотности (HDI) наилучшим вариантом соединения различных слоёв в технологии их наращивания быстро становится металлизация отверстий с заполнением. Она обеспечивает долговременную надёжность и печатных плат, и корпусов чипов.
Металлизация переходных отверстий с заполнением в ваннах с импульсным или постоянным током, особенно с применением новых электролитов, имеет много преимуществ, поскольку не требует выпрямления тока и управления им. Кроме того, системы металлизации постоянным током стабильны и не нуждаются в постоянной регенерации электролитов.
Заполнение отверстий основано на интенсивном осаждении ионов высокой концентрации, связанных с выравнивателем низкой концентрации и блескообразующими добавками. Большинство таких систем нуждаются в оптимизированном потоке раствора, что дает возможность выравнивателю аккумулироваться на поверхности. Это сдерживает осаждение наверху, в то время как на дне отверстия осаждение продолжается.
Новое поколение электролитов для заполнения отверстий медью разработано для работы в режиме постоянного тока. Операция проходит в стандартных ваннах в течение 1 ч при плотности тока от 1,10 до 3,20 А/дм2.
ФИНИШНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Эволюция финишных покрытий опережает все химические процессы, поскольку сложность конструкций и ограничения, связанные с бессвинцовыми и безгалогенными процессами, заставляют промышленность пристальнее взглянуть на то, как нынешние финишные покрытия соответствуют этим требованиям. Финишные покрытия полностью предназначены для соединений, будь то паяное, проволочное или даже прижимное соединение. В зависимости от вида образованного паяным контактом интерметаллического соединения (ИМС) финишные покрытия подразделяются на две категории: NiSn и CuSn. В первую входят ENIG (химический никель и иммерсионное золото–IAu) и ENEPIG (химический никель, химический палладий и иммерсионное золото), а во вторую – OSP (органические паяемые покрытия), иммерсионное серебро (IAg), иммерсионное олово (ISn) и DIG (прямое покрытие иммерсионным золотом). На рисунке представлен состав обеих групп. В отличие от CuSn, для NiSn требуется более высокая температура при сборке и, кроме того, эта группа содержит фосфористый слой.
ENIG. Это покрытие получается химическим осаждением фосфористого никеля на катализированную медную поверхность с последующим нанесением на него тонкого слоя иммерсионного золота. ENIG-покрытие марки IPC-4552 имеет никелевый слой толщиной 3–6 мкм и слой иммерсионного золота толщиной 0,05–0,1 мкм. Это – универсальное покрытие, хорошо паяется, имеет отличную электропроводность, к нему легко присоединять алюминиевую проволоку. Визуальный контроль его очень прост. Толщина покрытия легко определяется с помощью неразрушающего рентгенофлуоресцентного спектрального анализа. Срок годности покрытия при хранении составляет 12 месяцев.
ЕNIG продолжает расширять свою нишу на рынке, особенно после выявления причин и устранения дефекта "черной контактной площадки" японскими специалистами. Этот дефект возникал, когда поверхность никеля подвергалась коррозии из-за затянувшегося осаждения иммерсионного золота. Новая технология использует как иммерсионное, так и автокаталитическое осаждение.
ENEPIG. Покрытие ENEPIG формируется из слоя химически осажденного никеля толщиной 3–6 мкм и нанесенного на него слоя химического палладия толщиной 0,1–0,2 мкм, покрываемого затем тончайшим слоем (0,02–0,05 мкм) иммерсионного золота. Оно появилось в середине 90-х годов и позднее среди специалистов получило название универсального покрытия благодаря многостороннему использованию: в процессах пайки, соединении с золотой и алюминиевой проволоками, в контактных соединениях. Однако оно не нашло широкого распространения, как ожидалось, особенно в области пайки эвтектикой, используемой сегодня. Дело в том, что несовместимость свинца с палладием мешала образованию однородного ИМС NiSn.
К 2006 году на ENEPIG снова обратили внимание, когда промышленность оценивала свои возможности в условиях бессвинцовой сборки. Для него пришел звёздный час, поскольку ENEPIG обеспечило одно из самых прочных паяных соединений с бессвинцовым сплавом SAC (SnAgCu). После выдерживания в течение 1 тыс. ч при температуре 150°С не было выявлено каких-либо ухудшений в прочности паяного соединения. Исследование под растровым электронным микроскопом и элементный анализ показали, что наличие палладия в этом соединении значительно сокращает расширение ИМС. Всё это делает ENEPIG лидером при выборе финишного покрытия при необходимости пайки бессвинцовыми сплавами типа SAC.
DIG. Это относительно новое финишное покрытие, считающееся перспективным для бессвинцовой технологии. Создается осаждением золота толщиной 0,05 мкм непосредственно на медную поверхность. Процесс представляет собой сочетание погружения с химическим (автокаталитическим) осаждением, в результате чего значительно ограничивается диффузия меди к поверхности. Покрытие применимо, в частности, для ПП, предназначенных для работы в ВЧ-диапазоне, где ENIG и ENEPIG неприемлемы, так как в этом случае целостность проходящего сигнала может нарушаться из-за скин-эффекта при наличии толстого никелевого слоя.
DIG образует CuSn интерметаллические соединения c припоями как из эвтектических, так и бессвинцовых сплавов SAC. Это покрытие выдерживает многократные термические нагрузки. Образующиеся паяные соединения не имеют граничных пор, при хранении до сборки оно не образует интерметаллические соединения и "усы". DIG допускает химическое мягкое золотое покрытие и при толщине 0,6 мкм обеспечивает идеальную поверхность для золотого проволочного монтажа. Этот процесс используется в основном в Японии, преимущественно при корпусировании, но его применение постоянно расширяется.
Иммерсионное серебро. Хотя этот вид покрытия давно известен в промышленности, малая осведомлённость об обращении с ним и его хранении мешали продвижению иммерсионного серебра на рынок. Сейчас ведутся дополнительные исследования по его совместимости с бессвинцовыми припоями и новой технологии пайки. В последнее время поступали сообщения о наличии граничных пор, но это явление было хорошо изучено и установлены причины; небольшая модификация процесса позволяет предотвратить этот дефект.
Иммерсионное олово. Это покрытие прошло многочисленные усовершенствования и хорошо закрепилось в производстве ПП. Благодаря смачиваемости и равномерности по толщине иммерсионное олово идеально при использовании упругих штырьков и запрессованных контактов. При том, что иммерсионное олово представляет собой бессвинцовое финишное покрытие, связанные с новой технологией более высокие температуры требуют изменений в технических условиях процесса осаждения.
Покрытие иммерсионным оловом не занимает большое место в производстве ПП по двум причинам: образование интерметаллических соединений между оловом и низлежащей медью и подверженность образованию "усов". Исследования по определению наилучших технологических режимов в отношении обоих недостатков продолжаются, и уже найдены добавки, которые предотвратят образование "усов".
www.cicuitree.com
Чтобы отвечать новым требованиям рынка, изготовители печатных плат (ПП) форсируют поиск новых и прогрессивных технологических процессов на каждом этапе производства. Металлизация сквозных отверстий и меднение поверхности подвергаются серьезному исследованию, так как они составляют основу процессов, которые формируют проводящие дорожки и соединения через сквозные отверстия.
Палладиевая система металлизации. Вследствие недостатков существующих процессов, таких как химическое меднение или металлизация с использованием углерода, внедряется новая система металлизации, основанная на адсорбции палладия. Она предназначена для изготовления гибких и жёстко-гибких плат, где при наслаивании всегда используются адгезивные слои. Эти прослойки чувствительны к воздействию высокой щелочности, присутствующей при химическом осаждении меди. Новая технология обеспечивает сильно укороченное время процесса, что минимизирует воздействие щелочи. Кроме того, она создает условия, которые обеспечивают сцепление палладия только с полиимидным диэлектриком, а не с медью. Благодаря этому не требуется травление медной поверхности перед электролитическим осаждением, как это имеет место при углеродной системе. А микротравление медной поверхности увеличивает пористость, что снижает надёжность межсоединений внутренних слоёв. Электроосаждение меди. Проблему электроосаждения меди составляет получение равномерной толщины и однородной поверхности без потери её механических свойств (сопротивление растяжению и относительное удлинение). Значимость этих свойств особенно возрастает при высоком термическом напряжении в случае бессвинцовой пайки.
Проблема равномерной толщины чаще всего встречается в двух основных местах: на поверхности и в сквозных металлизированных отверстиях. В первом случае есть опасность избыточной металлизации изолированных дорожек, а во втором – сложно выполнить требование минимальной толщины меди в центре отверстия с высоким аспектовым отношением. Поверхностная однородность иногда нарушается гранулами самого разного происхождения, что несовместимо с применением золотой проволоки для соединений.
Эти проблемы помогут решить новые разработки:
* новые химические добавки, улучшающие распределение;
* многочисленные усовершенствования существующих добавок;
* устранение гранул благодаря использованию нерастворимого анода;
* заполнение отверстий.
Электроосаждение с высокой рассеивающей способностью электролита. В последние годы появилось новое поколение систем меднения с высокой рассеивающей способностью электролита. Эти ванны спроектированы для современных значений плотности гальванических токов, которые ниже традиционных 2,7–3,2 A/дм2, применявшихся в прошлом для производства двухсторонних и более простых плат. Они обеспечивают требуемые физические свойства при плотности постоянного тока от 0,5 до 2 А/дм2, создавая блестящее пластичное покрытие. В них применяется особая смесь органических добавок, включающих уникальное выравнивающее средство. Выравниватель играет ключевую роль в повышении рассеивающей способности, особенно при сочетании с перемешиванием. Некоторые из этих ванн могут обеспечить рассеивающую способность выше 80% для отверстий с аспектовым отношением 10:1 за 90 мин при плотности тока 1,6 A/дм2.
Металлизация отверстий с заполнением. Для выполнения требований межсоединений высокой плотности (HDI) наилучшим вариантом соединения различных слоёв в технологии их наращивания быстро становится металлизация отверстий с заполнением. Она обеспечивает долговременную надёжность и печатных плат, и корпусов чипов.
Металлизация переходных отверстий с заполнением в ваннах с импульсным или постоянным током, особенно с применением новых электролитов, имеет много преимуществ, поскольку не требует выпрямления тока и управления им. Кроме того, системы металлизации постоянным током стабильны и не нуждаются в постоянной регенерации электролитов.
Заполнение отверстий основано на интенсивном осаждении ионов высокой концентрации, связанных с выравнивателем низкой концентрации и блескообразующими добавками. Большинство таких систем нуждаются в оптимизированном потоке раствора, что дает возможность выравнивателю аккумулироваться на поверхности. Это сдерживает осаждение наверху, в то время как на дне отверстия осаждение продолжается.
Новое поколение электролитов для заполнения отверстий медью разработано для работы в режиме постоянного тока. Операция проходит в стандартных ваннах в течение 1 ч при плотности тока от 1,10 до 3,20 А/дм2.
ФИНИШНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Эволюция финишных покрытий опережает все химические процессы, поскольку сложность конструкций и ограничения, связанные с бессвинцовыми и безгалогенными процессами, заставляют промышленность пристальнее взглянуть на то, как нынешние финишные покрытия соответствуют этим требованиям. Финишные покрытия полностью предназначены для соединений, будь то паяное, проволочное или даже прижимное соединение. В зависимости от вида образованного паяным контактом интерметаллического соединения (ИМС) финишные покрытия подразделяются на две категории: NiSn и CuSn. В первую входят ENIG (химический никель и иммерсионное золото–IAu) и ENEPIG (химический никель, химический палладий и иммерсионное золото), а во вторую – OSP (органические паяемые покрытия), иммерсионное серебро (IAg), иммерсионное олово (ISn) и DIG (прямое покрытие иммерсионным золотом). На рисунке представлен состав обеих групп. В отличие от CuSn, для NiSn требуется более высокая температура при сборке и, кроме того, эта группа содержит фосфористый слой.
ENIG. Это покрытие получается химическим осаждением фосфористого никеля на катализированную медную поверхность с последующим нанесением на него тонкого слоя иммерсионного золота. ENIG-покрытие марки IPC-4552 имеет никелевый слой толщиной 3–6 мкм и слой иммерсионного золота толщиной 0,05–0,1 мкм. Это – универсальное покрытие, хорошо паяется, имеет отличную электропроводность, к нему легко присоединять алюминиевую проволоку. Визуальный контроль его очень прост. Толщина покрытия легко определяется с помощью неразрушающего рентгенофлуоресцентного спектрального анализа. Срок годности покрытия при хранении составляет 12 месяцев.
ЕNIG продолжает расширять свою нишу на рынке, особенно после выявления причин и устранения дефекта "черной контактной площадки" японскими специалистами. Этот дефект возникал, когда поверхность никеля подвергалась коррозии из-за затянувшегося осаждения иммерсионного золота. Новая технология использует как иммерсионное, так и автокаталитическое осаждение.
ENEPIG. Покрытие ENEPIG формируется из слоя химически осажденного никеля толщиной 3–6 мкм и нанесенного на него слоя химического палладия толщиной 0,1–0,2 мкм, покрываемого затем тончайшим слоем (0,02–0,05 мкм) иммерсионного золота. Оно появилось в середине 90-х годов и позднее среди специалистов получило название универсального покрытия благодаря многостороннему использованию: в процессах пайки, соединении с золотой и алюминиевой проволоками, в контактных соединениях. Однако оно не нашло широкого распространения, как ожидалось, особенно в области пайки эвтектикой, используемой сегодня. Дело в том, что несовместимость свинца с палладием мешала образованию однородного ИМС NiSn.
К 2006 году на ENEPIG снова обратили внимание, когда промышленность оценивала свои возможности в условиях бессвинцовой сборки. Для него пришел звёздный час, поскольку ENEPIG обеспечило одно из самых прочных паяных соединений с бессвинцовым сплавом SAC (SnAgCu). После выдерживания в течение 1 тыс. ч при температуре 150°С не было выявлено каких-либо ухудшений в прочности паяного соединения. Исследование под растровым электронным микроскопом и элементный анализ показали, что наличие палладия в этом соединении значительно сокращает расширение ИМС. Всё это делает ENEPIG лидером при выборе финишного покрытия при необходимости пайки бессвинцовыми сплавами типа SAC.
DIG. Это относительно новое финишное покрытие, считающееся перспективным для бессвинцовой технологии. Создается осаждением золота толщиной 0,05 мкм непосредственно на медную поверхность. Процесс представляет собой сочетание погружения с химическим (автокаталитическим) осаждением, в результате чего значительно ограничивается диффузия меди к поверхности. Покрытие применимо, в частности, для ПП, предназначенных для работы в ВЧ-диапазоне, где ENIG и ENEPIG неприемлемы, так как в этом случае целостность проходящего сигнала может нарушаться из-за скин-эффекта при наличии толстого никелевого слоя.
DIG образует CuSn интерметаллические соединения c припоями как из эвтектических, так и бессвинцовых сплавов SAC. Это покрытие выдерживает многократные термические нагрузки. Образующиеся паяные соединения не имеют граничных пор, при хранении до сборки оно не образует интерметаллические соединения и "усы". DIG допускает химическое мягкое золотое покрытие и при толщине 0,6 мкм обеспечивает идеальную поверхность для золотого проволочного монтажа. Этот процесс используется в основном в Японии, преимущественно при корпусировании, но его применение постоянно расширяется.
Иммерсионное серебро. Хотя этот вид покрытия давно известен в промышленности, малая осведомлённость об обращении с ним и его хранении мешали продвижению иммерсионного серебра на рынок. Сейчас ведутся дополнительные исследования по его совместимости с бессвинцовыми припоями и новой технологии пайки. В последнее время поступали сообщения о наличии граничных пор, но это явление было хорошо изучено и установлены причины; небольшая модификация процесса позволяет предотвратить этот дефект.
Иммерсионное олово. Это покрытие прошло многочисленные усовершенствования и хорошо закрепилось в производстве ПП. Благодаря смачиваемости и равномерности по толщине иммерсионное олово идеально при использовании упругих штырьков и запрессованных контактов. При том, что иммерсионное олово представляет собой бессвинцовое финишное покрытие, связанные с новой технологией более высокие температуры требуют изменений в технических условиях процесса осаждения.
Покрытие иммерсионным оловом не занимает большое место в производстве ПП по двум причинам: образование интерметаллических соединений между оловом и низлежащей медью и подверженность образованию "усов". Исследования по определению наилучших технологических режимов в отношении обоих недостатков продолжаются, и уже найдены добавки, которые предотвратят образование "усов".
www.cicuitree.com
Отзывы читателей
