L'utilisation de couches d'or déposées sur du nickel est courante dans de nombreux secteurs, qu'il s'agisse des connecteurs de bord des modules de mémoire DRAM, des contacts de sondes de test électriques, des métallisations de puces de semi-conducteurs de puissance ou encore des pastilles de soudure par fil. Bien que le rôle de l'or dans le joint de soudure final soit bien compris, je souhaitais en savoir plus sur le processus de dépôt d'or auprès d'un expert du secteur. J'ai donc eu l'occasion d'aborder ce sujet avec Lenora Toscano, titulaire d'un master (MS) et responsable des produits de finition chez MacDermid.
Andy Mackie : Quel rôle joue l'or dans la protection des surfaces lors des processus d'assemblage SMT et de semi-conducteurs ?
Lenora Toscano : L'or ne forme pas d'oxyde ; il protège le nickel contre l'oxydation ou la passivation. Une surface de nickel propre présente une très bonne soudabilité avec la plupart des types de soudures, mais son oxyde est très difficile à éliminer avec les flux classiques. De plus, l'or se dissout presque instantanément dans la plupart des soudures lors de l'assemblage, ce qui favorise une mouillabilité supérieure.
Andy Mackie :Quelles sont les normes en vigueur concernant l'épaisseur de l'or pour les différentes applications d'assemblage de composants électroniques et de semi-conducteurs ?
Lenora Toscano : Le revêtement ENIG (nickel chimique/or par immersion) est principalement utilisé dans la technologie « chip-on-board » (COB) ; l'épaisseur typique de la couche d'or par immersion sur le substrat HDI est comprise entre 3 et 5 micro-pouces.
Les connecteurs de bord nécessitent généralement l'utilisation d'or dur. Les dépôts d'or à l'acide sont utilisés pour se conformer à la norme MIL-STD-275, qui stipule que l'or doit être conforme à la norme MIL-G-45204, type II, classe 1. L'épaisseur doit être comprise entre 50 et 100 micro-pouces ; l'épaisseur habituelle est de 30 à 50 micro-pouces sur une couche de nickel de 150 micro-pouces.
En revanche, pour les surfaces soudables, l'épaisseur habituelle est comprise entre 5 et 15 micro-pouces sur une couche de nickel de 150 micro-pouces.
Pour le câblage par fil, on constate généralement que le placage à l'or d'une épaisseur minimale de 30 micro-pouces sur une couche de nickel de 200 micro-pouces donne de bons résultats. L'or tendre est généralement privilégié. Les procédés à l'or tendre sont également utilisés pour les cartes destinées à la fixation de puces semi-conductrices (die). Ces caractéristiques sont conformes aux types I et III de la norme MIL-G-45204.
Andy Mackie :Quelles sont les différences entre les couches d'or déposées par immersion et celles obtenues par galvanoplastie ?
Lenora Toscano : Il y a cinq différences principales :
- L'épaisseur du revêtement varie. L'or par immersion est une réaction de déplacement : l'or remplace le nickel à la surface, et ce processus s'arrête de lui-même dès que la surface de nickel est entièrement recouverte d'or par immersion. Les bains courants ne permettent pas d'obtenir des épaisseurs dépassant largement les 10 micro-pouces, tandis que pour l'or par galvanoplastie, l'épaisseur dépend du courant et de la durée. Plus le courant est élevé ou plus la durée de placage est longue, plus le revêtement d'or est épais.
- La structure des couches du gisement d'or est différente. L'or obtenu par galvanoplastie est plus dense que celui issu d'un dépôt par immersion, naturellement poreux.
- La dureté varie généralement. L'or plaqué par électrolyse contient souvent d'autres métaux qui rendent le dépôt plus dur.
- La porosité varie. Les dépôts par immersion présentent une porosité plus élevée que les dépôts par galvanoplastie ; cela tient à la nature même du procédé de revêtement.
- La composition (pureté) du dépôt varie en fonction des additifs présents dans le bain. Les bains d'immersion à l'or contiennent uniquement de l'or comme métal de placage, tandis que les systèmes de galvanoplastie peuvent introduire de faibles quantités d'autres métaux.
Andy Mackie : Quelle doit être l'épaisseur de la couche d'or pour protéger pleinement la surface sous-jacente, et quels sont les compromis auxquels les clients doivent faire face lorsqu'ils cherchent à réduire leurs coûts liés à l'or ?
Lenora Toscano : Conformément à la spécification IPC-4552 ENIG, la valeur minimale recommandée est de 1,97 micro-pouces, avec un écart de ±4 sigma par rapport à la moyenne ; les valeurs habituelles se situent entre 3 et 5 micro-pouces.
Le dépôt d'or par immersion est, par définition, poreux. Il offre certes une très bonne protection au nickel sous-jacent, mais avec le temps, la porosité du dépôt entraîne la passivation de la surface du nickel, ce qui réduit les forces de mouillage. Bien sûr, ce processus devrait prendre des années à se produire, mais si le revêtement d'or est trop fin (inférieur à l'épaisseur minimale requise), il se produira plus tôt et affectera la soudabilité.
Andy Mackie : Quel avantage l'or présente-t-il par rapport à l'argent ou à d'autres métaux ?
Lenora Toscano : Encore une fois , l’or présente une bonne résistance au ternissement et une bonne soudabilité après stockage, car il ne forme ni oxyde ni hydroxyde ; il n’est donc pas affecté par la température ni par les conditions de stockage susceptibles de réduire la durée de conservation des autres finitions. Il répond aux exigences relatives à l’assemblage sans plomb (Pb-free) tout en offrant une surface coplanaire à la fois soudable et compatible avec le soudage par fil d’aluminium et par fil d’or.
L'or présente une bonne conductivité électrique et permet d'obtenir une surface de contact à faible résistance électrique. L'or déposé par galvanoplastie constitue également un excellent résistant à la gravure.
L'argent électrolytique n'est pas très répandu dans l'industrie des circuits imprimés. Dans certaines conditions de potentiel électrique et d'humidité, l'argent migre le long de la surface du dépôt et à travers le corps de l'isolant, créant ainsi des chemins de fuite à faible résistance. Les bains alcalins au cyanure utilisés pour la galvanoplastie de l'argent sont hautement toxiques.
L'argent par immersion est susceptible de présenter des problèmes s'il n'est pas correctement stocké, voire emballé. Les matériaux d'emballage contenant du soufre ou permettant une exposition à l'air entraîneront un ternissement de la surface (formation de sulfures, de sulfates et de chlorures). Des niveaux élevés de contamination de surface peuvent nuire à la soudabilité.
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Lenora, un grand merci de nous avoir accordé un peu de ton temps et d'avoir partagé ton expertise avec nous.
Santé ! Andy
