최근 많이 사용되고 있는 Ni 도금법은 금속염 용액으로부터 금속이온을 환원시켜 피도금물 위에 금속피막을 만드는 방법으로, 외부 전력에 의해 석출시키는 전해도금 (electroplating), 화학약품에 의해 환원 석출시키는 화학환원도금 (chemical plating), 이온의 이온화 경향차이를 이용해 석출시키는 치환도금 (immersion plating)이 있다. 화학환원도금법은 ...
최근 많이 사용되고 있는 Ni 도금법은 금속염 용액으로부터 금속이온을 환원시켜 피도금물 위에 금속피막을 만드는 방법으로, 외부 전력에 의해 석출시키는 전해도금 (electroplating), 화학약품에 의해 환원 석출시키는 화학환원도금 (chemical plating), 이온의 이온화 경향차이를 이용해 석출시키는 치환도금 (immersion plating)이 있다. 화학환원도금법은 전기력에 의존하지 않는 도금이란 의미로 무 전해 도금 (electroless plating)이라 불리기도 한다. 무 전해 도금은 마스크 없이 선택적으로 도금이 가능하고 저비용 프로세스이며, 솔더 접합성의 향상과 솔더의 확산 방지층으로 우수한 성능을 가지고 있다. 무전해 Ni 도금은 다양한 환원제를 사용하여 석출시켜 도금하며, 실용성이 높은 이유로 널리 사용되고 있으며, 균일한 두께로 원하는 금속 표면에만 선택적으로 증착이 가능하고 솔더링 특성과 부식 저항성 등이 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 무전해 Ni(P)은 상업적 확장을 가로막는 문제점이 있으며, 그중 하나가 무전해 Ni(P)층과 솔더간의 취성파괴 현상이다. 취성파괴 현상은 ENIG(Electroless Ni Immersion Gold) 표면 처리한 PCB를 BGA 패키지와 접합할 때 솔더 조인트에서 종종 발견되며, ENIG와 관련된 취성파괴는 예측이 어렵고 비교적 적은 양으로 발생한다고 알려져 있다. 그 원인으로는 솔더와의 반응계면에서 P의 편석, 무전해 Ni(P)의 결정화 과정 중 발생하는 공공 및 크랙의 형성, 이머전 골드 도금시 무전해 Ni(P) 막의 부식 등이 제안되어 왔으나 그 명확한 원인은 아직 규명되지 않았다. 무전해 Ni(P) 계면과 솔더 계면은 솔더링 후 주석과 니켈의 금속간 화합물이 형성되고 동시에 무전해 Ni(P)층과 금속간 화합물의 계면 사이에는 얇은 고인층이 형성되며 외부 충격시 이면을 따라서 파괴가 이루어지는 것을 쉽게 관찰할 수 있다. 이러한 고인층과 취성파괴와의 관련성을 근거로 인함량에 따른 솔더 접합신뢰성이 많이 논의되고 있으나 이와 관련해서는 아직까지도 논란이 존재하고 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 Ni plating에서 가장 문제시 되고 있으며, 솔더 조인트의 취성파괴를 야기하는 Ni3P layer 두께를 제어하기 위해 다양한 Cu 함량의 솔더볼을 사용하여 무연솔더와 Ni pad 간의 계면반응을 통해 High Cu의 거동을 연구하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 전해Ni pad의 경우, Cu 함량에 따라 형성되는 금속간 화합물의 종류는 달랐으며, Cu 함량이 증가할수록 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물과 벌크솔더 사이의 열팽창계수 차이로 인해 벌크 솔더에 압축응력이 작용하게 되며, 많은 침상 형태의 금속간 화합물을 형성하였다. 무전해Ni pad의 경우, Cu 함량에 관계없이P-rich Ni-layer 층이 관찰되었으며, Cu 함량이 증가할수록 적은 Ni이 Cu-Ni-Sn 금속간 화합물 형성 반응에 참여했고, 이로 인해 P-rich Ni-layer층의 두께가 감소하였다. (2) Cu 함량이 증가할수록 전단강도의 값은 증가하는 경향을 보였으며, 이는 침상형태의 금속간 화합물들이 다량 존재하여 전체적인 네트워크구조를 형성하였고, 계면에서의 결합면적을 증가시켰기 때문이다. (3) 낙하충격시험 결과, Ni pad의 종류에 따라 다른 파괴모드 유형이 관찰되었다. 전해 Ni pad의 경우, crack의 전파가 (Cu,Ni)₆Sn₅ 금속간 화합물과 (Ni,Cu)₃Sn₄금속간 화합물의 경계면을 따라 진행되었으며, 무전해Ni pad의 경우, 취약한 P-rich Ni-layer층을 따라 crack이 전파되었다. (4) Sn-1.0Ag-1.0Cu 솔더가 낙하충격시험에서 가장 좋은 특성을 보였다. 이는 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물을 형성하는데 충분한 Cu의 source로 작용하여 Ni의 확산을 억제시킴으로써 신뢰성에 취약한 (Ni,Cu)₃Sn₄ 금속간 화합물과 Ni₃P layer의 생성속도를 제어하였다. 따라서 낙하충격과 같은 고 신뢰성이 요구되는 시편에서는 Cu 함량이 높은 솔더가 유리할 것으로 판단된다.
최근 많이 사용되고 있는 Ni 도금법은 금속염 용액으로부터 금속이온을 환원시켜 피도금물 위에 금속피막을 만드는 방법으로, 외부 전력에 의해 석출시키는 전해도금 (electroplating), 화학약품에 의해 환원 석출시키는 화학환원도금 (chemical plating), 이온의 이온화 경향차이를 이용해 석출시키는 치환도금 (immersion plating)이 있다. 화학환원도금법은 전기력에 의존하지 않는 도금이란 의미로 무 전해 도금 (electroless plating)이라 불리기도 한다. 무 전해 도금은 마스크 없이 선택적으로 도금이 가능하고 저비용 프로세스이며, 솔더 접합성의 향상과 솔더의 확산 방지층으로 우수한 성능을 가지고 있다. 무전해 Ni 도금은 다양한 환원제를 사용하여 석출시켜 도금하며, 실용성이 높은 이유로 널리 사용되고 있으며, 균일한 두께로 원하는 금속 표면에만 선택적으로 증착이 가능하고 솔더링 특성과 부식 저항성 등이 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나 무전해 Ni(P)은 상업적 확장을 가로막는 문제점이 있으며, 그중 하나가 무전해 Ni(P)층과 솔더간의 취성파괴 현상이다. 취성파괴 현상은 ENIG(Electroless Ni Immersion Gold) 표면 처리한 PCB를 BGA 패키지와 접합할 때 솔더 조인트에서 종종 발견되며, ENIG와 관련된 취성파괴는 예측이 어렵고 비교적 적은 양으로 발생한다고 알려져 있다. 그 원인으로는 솔더와의 반응계면에서 P의 편석, 무전해 Ni(P)의 결정화 과정 중 발생하는 공공 및 크랙의 형성, 이머전 골드 도금시 무전해 Ni(P) 막의 부식 등이 제안되어 왔으나 그 명확한 원인은 아직 규명되지 않았다. 무전해 Ni(P) 계면과 솔더 계면은 솔더링 후 주석과 니켈의 금속간 화합물이 형성되고 동시에 무전해 Ni(P)층과 금속간 화합물의 계면 사이에는 얇은 고인층이 형성되며 외부 충격시 이면을 따라서 파괴가 이루어지는 것을 쉽게 관찰할 수 있다. 이러한 고인층과 취성파괴와의 관련성을 근거로 인함량에 따른 솔더 접합신뢰성이 많이 논의되고 있으나 이와 관련해서는 아직까지도 논란이 존재하고 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 Ni plating에서 가장 문제시 되고 있으며, 솔더 조인트의 취성파괴를 야기하는 Ni3P layer 두께를 제어하기 위해 다양한 Cu 함량의 솔더볼을 사용하여 무연솔더와 Ni pad 간의 계면반응을 통해 High Cu의 거동을 연구하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 전해Ni pad의 경우, Cu 함량에 따라 형성되는 금속간 화합물의 종류는 달랐으며, Cu 함량이 증가할수록 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물과 벌크솔더 사이의 열팽창계수 차이로 인해 벌크 솔더에 압축응력이 작용하게 되며, 많은 침상 형태의 금속간 화합물을 형성하였다. 무전해Ni pad의 경우, Cu 함량에 관계없이P-rich Ni-layer 층이 관찰되었으며, Cu 함량이 증가할수록 적은 Ni이 Cu-Ni-Sn 금속간 화합물 형성 반응에 참여했고, 이로 인해 P-rich Ni-layer층의 두께가 감소하였다. (2) Cu 함량이 증가할수록 전단강도의 값은 증가하는 경향을 보였으며, 이는 침상형태의 금속간 화합물들이 다량 존재하여 전체적인 네트워크구조를 형성하였고, 계면에서의 결합면적을 증가시켰기 때문이다. (3) 낙하충격시험 결과, Ni pad의 종류에 따라 다른 파괴모드 유형이 관찰되었다. 전해 Ni pad의 경우, crack의 전파가 (Cu,Ni)₆Sn₅ 금속간 화합물과 (Ni,Cu)₃Sn₄금속간 화합물의 경계면을 따라 진행되었으며, 무전해Ni pad의 경우, 취약한 P-rich Ni-layer층을 따라 crack이 전파되었다. (4) Sn-1.0Ag-1.0Cu 솔더가 낙하충격시험에서 가장 좋은 특성을 보였다. 이는 (Cu,Ni)₆Sn₅의 금속간 화합물을 형성하는데 충분한 Cu의 source로 작용하여 Ni의 확산을 억제시킴으로써 신뢰성에 취약한 (Ni,Cu)₃Sn₄ 금속간 화합물과 Ni₃P layer의 생성속도를 제어하였다. 따라서 낙하충격과 같은 고 신뢰성이 요구되는 시편에서는 Cu 함량이 높은 솔더가 유리할 것으로 판단된다.
Ni plating method is to make the metal film on desired material by using reduction metallic ions from metallic salt solution such as electroplating (to use electrical current), chemical plating (to use reduction by chemicals), immersion plating (to use ionization). Chemical plating is called electro...
Ni plating method is to make the metal film on desired material by using reduction metallic ions from metallic salt solution such as electroplating (to use electrical current), chemical plating (to use reduction by chemicals), immersion plating (to use ionization). Chemical plating is called electroless plating without the use of external electrical power. Electroless plating is not using mask, it can be chose the plating and the price of electroless plating is low-cost. Also, it had a good solder joint and performance by solder diffusion prevention layer. Electroless Ni plating is deposited by using various reductant, and is widely using in PCB industry and it has a selective coating and good solder-ability and corrosion resistance. However, electroless Ni(P) has a problem, black the commercial expansion, one of the problem is brittle failure between electroless Ni(P) layer and solder. A brittle failure mode was often found BGA under ENIG pad finishes PCB, it is hard to foresee the brittle failure on ENIG PCB and is announced to observe with a relatively small amount. The causes are P segregation on the solder interfacial reaction, void and crack in electroless Ni(P) crystallization process, Ni(P) plating layer corrosion during immersion gold plating, etc. However, the exact reason of the brittle failureis under investigation.After soldering, it was formed Ni-Sn IMC layer between Ni-P and solder. At the same time, it was formed thin P-rich crystalline layer between Ni-P and interfacial IMC. During this crystallization process, stress is generated in the crystalline P-rich layer which leads to fracture and eventually a weak layer was formed in between the IMC and Ni-P. Moreover, we easily found the fracture is along P-rich layer on external impacts. Based on P-rich crystalline layerand brittle fracture relation, though the relationship between P contents and solder joint reliability has been reported by many companies, there is no clear and noticeable trend. In this study, we investigated interfacial reaction between a Cu level solder ball (Sn1.0Ag, SAC105, SAC1010, SAC1015) and Ni pad. The purpose of this study is to understand how SA alloy and different Cu doped SAC solder react with Ni finish during reflow. The results are shown below. (1) Electrolytic Ni pad, we found the difference a kind of IMC depended on various Cu content. If Cu contents were increased, it was a gap between (Cu,Ni)₆Sn₅ IMC and bulk solder by difference of thermal expansion. In case of difference of thermal expansion was made compression stress in bulk solder and formed many needle-shaped. In case of electroless Ni pad, it was observed P-rich Ni layer regardless Cu contents in solder.If Cu contents were increased, the small Ni contents were consumed the Cu-Ni-Sn IMC, then P-rich Ni-layer was formed thin layer. (2) When Cu contents were increased, shear strength was also increased. And this is formed needle-shaped and had a network structure and was increased combination area in interfacial joint. (3) As a result of drop test, we found the difference of fracture mode between the kinds of Ni pad. In case of electrolytic Ni pad, crack was propagated along the weakest interface composed of (Cu,Ni)₆Sn₅ and (Ni,Cu)₃Sn₄. Electroless Ni pad, crack was propagated along the P-rich Ni-layer. (4) Sn-1.0Ag-1.0Cu had the best drop performance. (Cu,Ni)₆Sn₅ IMC reaction speed was faster (Ni,Cu)3Sn4and effect of Cu was as below: Ni diffusion control , (Ni,Cu)₃Sn₄ IMC control , Ni₃P layer growth speed control. Therefore, the sample which required high reliability such as drop strength must be considered to use high Cu contents solder.
Ni plating method is to make the metal film on desired material by using reduction metallic ions from metallic salt solution such as electroplating (to use electrical current), chemical plating (to use reduction by chemicals), immersion plating (to use ionization). Chemical plating is called electroless plating without the use of external electrical power. Electroless plating is not using mask, it can be chose the plating and the price of electroless plating is low-cost. Also, it had a good solder joint and performance by solder diffusion prevention layer. Electroless Ni plating is deposited by using various reductant, and is widely using in PCB industry and it has a selective coating and good solder-ability and corrosion resistance. However, electroless Ni(P) has a problem, black the commercial expansion, one of the problem is brittle failure between electroless Ni(P) layer and solder. A brittle failure mode was often found BGA under ENIG pad finishes PCB, it is hard to foresee the brittle failure on ENIG PCB and is announced to observe with a relatively small amount. The causes are P segregation on the solder interfacial reaction, void and crack in electroless Ni(P) crystallization process, Ni(P) plating layer corrosion during immersion gold plating, etc. However, the exact reason of the brittle failureis under investigation.After soldering, it was formed Ni-Sn IMC layer between Ni-P and solder. At the same time, it was formed thin P-rich crystalline layer between Ni-P and interfacial IMC. During this crystallization process, stress is generated in the crystalline P-rich layer which leads to fracture and eventually a weak layer was formed in between the IMC and Ni-P. Moreover, we easily found the fracture is along P-rich layer on external impacts. Based on P-rich crystalline layerand brittle fracture relation, though the relationship between P contents and solder joint reliability has been reported by many companies, there is no clear and noticeable trend. In this study, we investigated interfacial reaction between a Cu level solder ball (Sn1.0Ag, SAC105, SAC1010, SAC1015) and Ni pad. The purpose of this study is to understand how SA alloy and different Cu doped SAC solder react with Ni finish during reflow. The results are shown below. (1) Electrolytic Ni pad, we found the difference a kind of IMC depended on various Cu content. If Cu contents were increased, it was a gap between (Cu,Ni)₆Sn₅ IMC and bulk solder by difference of thermal expansion. In case of difference of thermal expansion was made compression stress in bulk solder and formed many needle-shaped. In case of electroless Ni pad, it was observed P-rich Ni layer regardless Cu contents in solder.If Cu contents were increased, the small Ni contents were consumed the Cu-Ni-Sn IMC, then P-rich Ni-layer was formed thin layer. (2) When Cu contents were increased, shear strength was also increased. And this is formed needle-shaped and had a network structure and was increased combination area in interfacial joint. (3) As a result of drop test, we found the difference of fracture mode between the kinds of Ni pad. In case of electrolytic Ni pad, crack was propagated along the weakest interface composed of (Cu,Ni)₆Sn₅ and (Ni,Cu)₃Sn₄. Electroless Ni pad, crack was propagated along the P-rich Ni-layer. (4) Sn-1.0Ag-1.0Cu had the best drop performance. (Cu,Ni)₆Sn₅ IMC reaction speed was faster (Ni,Cu)3Sn4and effect of Cu was as below: Ni diffusion control , (Ni,Cu)₃Sn₄ IMC control , Ni₃P layer growth speed control. Therefore, the sample which required high reliability such as drop strength must be considered to use high Cu contents solder.
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