Информация по применению серии AN-007 сравнительный обзор полупроводниковых приборов, выполненных на основе GaN, Si и GaAs для ВЧ- и СВЧ-устройств.

|   Статьи А-КОНТРАКТ

Часть 2.

При поддержке А-КОНТРАКТ в журнале «СВЧ-электроника» №2' 2021 опубликована новая статья.

 

Далее

Информация по применению серии AN-007 сравнительный обзор полупроводниковых приборов, выполненных на основе GaN, Si и GaAs для ВЧ- и СВЧ-устройств.

|   Статьи А-КОНТРАКТ

Часть 1.

При поддержке А-КОНТРАКТ в журнале «СВЧ-электроника» №2' 2021 опубликована новая статья.

Далее

Сравнение результатов паяемости плат с покрытиями ENIG и EPIG после воздействия паром. Часть 2

автор Джон Бенгстон. Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

При поддержке А-КОНТРАКТ в журнале «Технологии в электронной промышленности» № 2’2021 опубликована новая статья «Сравнение результатов паяемости плат с покрытиями ENIG и EPIG после воздействия паром».


Сергей Шихов, технический директор «А‑КОНТРАКТ»:

По результатам тестов, которые приведены в данной статье, покрытие EPIG является достойной альтернативой традиционному ENIG. Покрытие EPIG обладает такой же плоскостностью, как и ENIG, но при этом имеет осязаемые преимущества:

• отсутствие подслоя никеля (что важно для ВЧ/СВЧ-применений);

• более надежное паяное соединение (т. к. образуются интерметаллиды медь/олово, а не никель/олово);

• более длительное сохранение паяемости в неблагоприятных условиях хранения печатных плат.


Результаты и обсуждения

Результаты тестирования показывают, что покрытие ENIG является выдающимся поверхностным покрытием. Однако ENIG теряет паяемость (резко снижается смачиваемость) при воздействии паром. С другой стороны, EPIG практически не показывает подобной чувствительности в сравнении с ENIG. Ответом на вопрос, почему между двумя покрытиями существует такая разница, является предположение о сильном взаимодействии пара с никелем-фосфором. Никель-фосфор доступен для воздействия пара, проникающего через тонкие поры поверхностного золота, присутствующего в ENIG.

На рис. 7–12 показаны результаты тестов на смачивание с использованием метода баланса смачивания. По оси Х отражено время контакта между покрытыми медными площадками и жидким припоем. Время измерялось в секундах. Общее время контакта для каждого измерения — 10 или 20 с. На оси Y графика смачиваемости показана степень растекания припоя по медным площадкам с покрытием. В данных испытаниях эта сила измеряется в мН/мм. Сила увеличивается по мере того, как большая часть площадки покрывается припоем.

Первичный наклон графика показывает первичный контакт между образцом и припоем. По мере того, как тестируемая зона смачивается припоем, сила достигает максимума, который представляет собой силу смачивания для конкретного теста. Время, необходимое для того, чтобы эта сила пересекла нулевое значение, считается общим временем смачивания для данного конкретного теста. Результаты считаются положительными, когда сила смачивания быстро достигает максимума и держится на этом уровне. Если сила смачивания не проходит через ноль во время теста, то результатом считается отказ в виде несмачивания.

Также отказ наблюдается, когда сила смачивания достигает максимума, а затем снижается. Такой график говорит о десмачивании (de-wetting) в данном тесте. Сравнение результатов паяемости ENIG (рис. 7) и EPIG (рис. 8) показывает, что оба покрытия обеспечивают прекрасное время смачивания и паяемость в новом состоянии.

Всего лишь после 1 ч парового старения образец с покрытием ENIG выдал отказ по смачиванию (состояние несмачивания) (рис. 9). Образец EPIG показывал хорошее смачивание после 1 ч воздействия паром (рис. 10). Спустя 8 ч парового старения образцы EPIG хорошо паяются с незначительным снижением силы смачивания, как видно на рис. 11 (на данном графике показана продолжительность контакта 20 с).

Результаты тестов демонстрируют, что пар оказывает сильное негативное влияние на паяемость ENIG даже после 1 ч воздействия. С другой стороны, EPIG остается достаточно паяемым с почти не изменившимся временем и силой смачивания после 8 ч непрерывного воздействия паром. Причина этой разницы в результатах видится в быстром формировании оксида никеля на поверхности, образованной химически нанесенным никель-фосфором во время воздействия пара, что препятствует смачиванию и образованию интерметаллического соединения никель-олово, снижая способность к пайке.

Образование интерметаллического соединения никеля и олова необходимо для хорошего смачивания. Йокомине и соавторы описывают результаты тестирования глубины окисления, обнаруженного на поверхности никеля в ENIG, после покрытия и погружения в водный очиститель при +80 °C. С помощью оборудования ESCA (электронная спектроскопия для химического анализа) было зарегистрировано 3–4-кратное увеличение глубины окисления после погружения ENIG при +80 °C по сравнению с измерениями при комнатной температуре [4]. Свойственная палладию устойчивость к окислению обеспечивает надежный неокисляющийся защитный слой для пайки. К тому же палладий растворяется в жидком припое, что приводит к образованию интерметаллида медь-олово прямо на поверхности меди. Другой важной причиной разницы между способностью к пайке ENIG и EPIG является образование интерметаллидов олова.

ENIG формирует интерметаллид никель-олово, а EPIG, в свою очередь, формирует интерметаллид медь-олово. Слои золота и палладия легко растворяются в припое, то есть напрямую создают соединительный интерфейс между медью и оловом. Следовательно, любое тонкое окисление или иное загрязнение от окружающей среды на слое палладия тоже растворяется и поэтому не влияет на формирование соединения медь-олово.

Последующее контрольное испытание заключалось в нанесении на образцы ENIG паяемого органического поверхностного покрытия против потускнения, которое также служит барьером для проникновения кислорода. Покрытие наносится на поверхность иммерсионного золочения, герметизируя тонкие поры золота. Тесты на смачивание с использованием органического поверхностного покрытия на ENIG практически устраняют нежелательное воздействие пара. Начиная с 1 ч воздействия паром и затем доводя до 8 ч, на протяжении всего процесса испытания деградация паяемости ENIG ограничивалась. Это указывает на то, что слой никеля оставался не окисленным, и нормальное смачивание происходило даже после 8 ч парового воздействия (рис. 12).

Выводы и заключение

Успех пайки печатных плат снижается под воздействием времени и условий окружающей среды. Тепло и влага делают платы непригодными для последующего производства монтажа из-за плохой паяемости, что в итоге приводит к вынужденной их утилизации до, а еще хуже, после установки дорогостоящих компонентов. Улучшение надежности заключается в стремлении к тому, чтобы тепло и влажность не снижали паяемость плат.

Паровое старение в соответствии с IPC J-STD-002 и J-STD-003 — это удобный, недорогой и незатратный по времени метод оценки продолжительности жизни покрытий, нанесенных на печатные платы. Было протестировано два покрытия — ENIG и EPIG — на способность к смачиванию до и после воздействия паром. Данные этих испытаний показывают, что воздействие паром незначительно влияет на паяемость плат с покрытием EPIG, тогда как платы с покрытием ENIG очень быстро становятся не пригодными к пайке.

Считается, что причина этого — быстрое окисление слоя никеля от пара. Доказательства, подтверждающие это предположение, были получены, когда перед воздействием пара на образцы ENIG было нанесено защитное органическое покрытие против потускнения. В этом случае окисления никеля не произошло. Органическая пленка снизила окисление никеля после воздействия пара и этим улучшила способность к смачиванию.

Литература

1. Morris G. K., Luukaszewski R. A., Genthe C. Environmental Contamination and Corrosion in Electronics: The Need for an Industrial Standard and Related Accelerated Test Method That Makes Sense. IEEE, 2017.

2. O'Brian G. Chairman of 5–23A, Responsible for IPC J-STD-003. Verbal communication.

3. Milad G., Bengston J., Gudeczauskas D. The Mechanism of Nickel Corrosion in ENEPIG Deposits and How to Mitigate It. SMTA International, 2017.

4. Yokomin K., Shimiizu N., Miyamoto Y., Iwata Y., Love D., Newmam K. Development of Electroless Ni/Au Plated Build-Up Flip Chip Package with Highly Reliable Solder Joints. IEEE, Electronic Components and Technology Conference, 2001.

Скачать полный текст статьи «Сравнение результатов паяемости плат  с покрытиями ENIG и EPIG после воздействия паром» в формате pdf

Назад