니켈에 금층을 증착하는 것은 DRAM 메모리 모듈 에지 커넥터부터 전기 테스트 프로브 접점, 전력 반도체 다이 금속화 및 와이어 본딩 패드에 이르기까지 많은 산업에서 표준으로 사용되고 있습니다. 최종 솔더 조인트의 금 증착에 대해서는 잘 알려져 있지만, 업계 전문가로부터 금 증착 공정에 대해 자세히 알아보고 싶어서 MacDermid의 최종 마감 제품 매니저인 레노라 토스카노와 논의할 기회가 주어졌습니다.
앤디 맥키: SMT 및 반도체 조립 공정에서 표면을 보호하는 데 금은 어떤 역할을 하나요?
레노라 토스카노: 금은 산화물을 형성하지 않으며 니켈이 산화되거나 부동태화되지 않도록 보호합니다. 깨끗한 니켈 표면은 대부분의 솔더 유형에서 납땜성이 매우 높지만 표준 플럭스 유형에서는 산화물을 제거하기가 매우 어렵습니다. 또한 금은 조립 중에 대부분의 솔더에 거의 즉각적으로 용해되어 우수한 습윤성을 촉진합니다.
앤디 맥키:다양한 전자 및 반도체 조립 애플리케이션의 금 두께에 대한 표준은 무엇인가요?
레노라 토스카노: ENIG(무전해 니켈/침지 금) 코팅의 주요 적용 분야는 칩 온 보드(COB) 기술이며, HDI 기판의 침지 금 층의 일반적인 두께는 3~5마이크로 인치입니다.
엣지 커넥터에는 일반적으로 경질 금을 사용해야 합니다. 산성 금 침전물은 MIL-STD-275를 준수하기 위해 사용되며, 금은 MIL-G-45204, 유형 II, 클래스 1에 따라야 한다고 명시되어 있습니다. 두께는 50~100마이크로인치이며, 일반적인 두께는 150마이크로인치 니켈에 30~50마이크로인치입니다.
반면 납땜 가능한 표면의 경우, 일반적인 두께는 150마이크로인치 니켈에 5~15마이크로인치입니다.
와이어 본딩의 경우 일반적으로 200마이크로인치 니켈에 최소 30마이크로인치의 금도금을 하는 것이 효과적입니다. 일반적으로 소프트 골드가 선호됩니다. 반도체 칩(다이) 부착용으로 설계된 기판에도 소프트 골드 공정이 사용됩니다. 이러한 품질은 MIL-G-45204의 유형 I 및 III을 준수합니다.
앤디 맥키:침지 금과 전기도금 공정으로 증착된 금 층의 차이점은 무엇인가요?
레노라 토스카노: 크게 다섯 가지 차이점이 있습니다:
- 코팅 두께가 다릅니다. 침지 금은 변위 반응으로 금이 표면의 니켈을 대체하며 니켈 표면이 침지 금으로 코팅됨에 따라 자체적으로 제한됩니다. 일반적인 수조에서는 10마이크로인치 이상의 두께를 만들 수 없지만, 전기 도금된 금의 경우 두께는 전류와 시간에 따라 달라집니다. 전류가 높거나 도금 시간이 길수록 금 코팅이 더 두꺼워집니다.
- 금 침전층의 구조가 다르며, 전기 도금된 금은 자연 다공성 침전물보다 밀도가 높습니다.
- 경도는 일반적으로 다르며, 전기 도금된 금에는 종종 다른 금속이 도금에 도입되어 도금을 더 단단하게 만드는 경우가 있습니다.
- 다공성은 다릅니다. 침지 증착은 전기 도금 증착보다 다공성이 더 높으며, 이는 도금 시스템의 특성입니다.
- 침지 조성(순도)은 수조 내 첨가제에 따라 달라지며, 침지 금 수조에는 금이 유일한 도금 금속으로 포함되어 있는 반면 전기 도금 시스템에는 소량의 다른 금속이 포함될 수 있습니다.
앤디 맥키: 금의 두께는 어느 정도여야 기본 표면을 완전히 보호할 수 있으며, 고객이 금 비용을 줄이려고 할 때 어떤 장단점이 있나요?
레노라 토스카노: IPC-4552 ENIG 사양에 따르면 평균에서 +/-4 시그마에서 1.97 마이크로 인치가 권장되는 최소값이며, 3~5 마이크로 인치가 일반적입니다.
침지 금 침전물은 정의상 다공성입니다. 침지 금은 기본 니켈을 매우 잘 보호하지만 시간이 지남에 따라 침전물의 다공성으로 인해 니켈 표면이 부동태화되고 습윤력이 감소합니다. 물론 이 과정은 수년이 걸리지만 금 코팅이 너무 얇으면(최소 요구 사항 미만) 더 빨리 발생하여 납땜성에 영향을 미칩니다.
앤디 맥키: 금은 은이나 다른 금속에 비해 어떤 장점이 있나요?
레노라 토스카노: 다시 말하지만, 금은 산화물이나 수산화물을 형성하지 않기 때문에 보관 후 변색 저항성과 납땜성이 우수하여 다른 마감재의 보관 수명을 단축시킬 수 있는 온도 및 보관 조건의 영향을 받지 않습니다. 납땜이 가능하고 알루미늄 와이어 및 금 와이어 접착이 모두 가능한 평면 표면을 제공하면서 무연(Pb-free) 조립에 대한 요구 사항을 충족합니다.
금은 전기 전도성이 우수하고 전기 저항이 낮은 접촉 표면을 생성합니다. 또한 전기 도금된 금은 우수한 에칭 레지스트입니다.
전기 도금된 은은 인쇄 회로 산업에서 널리 사용되지 않습니다. 특정 조건이나 전위 및 습도에서 은은 증착물의 표면과 절연체를 따라 이동하여 저항이 낮은 누설 경로를 생성합니다. 은 전기 도금을 위한 알칼리성 시안화수조는 독성이 매우 강합니다.
침지 은은 올바르게 보관하고 포장하지 않으면 문제가 발생하기 쉽습니다. 황을 함유하거나 공기에 노출되는 포장재는 표면 변색(황화물, 황산염, 염화물 형성)을 초래하며, 높은 수준의 표면 오염은 납땜성에 악영향을 미칠 수 있습니다.
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레노라 - 시간을 내어 전문 지식을 공유해 주셔서 감사합니다.
건배! Andy
