金线具有优异的导电性、导热性、耐腐蚀性和抗氧化性。在微电子封装中，金线常被用作引线键合的主要材料。但是对于PCB来说，并不是所有的表面处理都适合金线键合，不同的表面处理在金线键合过程中具有不同的特点。本文着重讨论了化学镀镍钯(ENEPIG)的金线键合工艺。通过一系列实验，研究了化学镀镍钯涂层在金线键合过程中的作用，总结了化学镀镍钯的金线键合机理。

　　引线键合的化学镍-钯-金键合机理

　　一、前言

　　由于集成电路芯片的广泛使用，电子产品正朝着轻、薄、短、高速的特点发展，电子产品的封装技术也在发展，其中COB已经成为一种通用的封装技术。

　　COB(Chip  On  Board)技术是指将裸芯片直接贴在PCB板上，然后用金属线进行电连接的技术，即引线键合。金线因其优异的导电性、导热性、耐腐蚀性和抗氧化性，在微电子封装中常被用作引线键合的主要材料。

　　对于PCB来说，目前金线键合的表面处理主要有两种：化学镀镍-金和化学镀镍-钯。化学镀镍金厚度大、成本高，对表面贴装可焊性有一定影响。镍钯技术自20世纪80年代开始应用。由于镍钯合金能够同时满足粘接和焊接的要求，因此必将得到越来越广泛的应用。因此，本文重点分析了化学镀镍钯(ENEPIG)的金线键合过程，通过实验研究了化学镀镍钯涂层在金线键合过程中的作用，并探讨了化学镀镍钯的金线键合机理。

　　二.金线键合工艺及化学镍钯金介绍

　　2.1金线键合工艺

　　金线与焊盘的键合一般采用热超声键合工艺。其工艺原理是在外压和超声频率振动的作用下，去除金属表面的氧化膜，金线与焊盘表面接触形成微焊点。随着焊点面积的逐渐增大，界面上的微孔消失，同时在高温作用下，金属原子相互扩散，形成可靠的宏观焊点。

　　通过金线键合的工艺可以看出，影响金线键合的主要因素有键合参数、焊盘粗糙度、接触面积、镀层质量、表面氧化物和污染物等。去除金属表面的污染物和氧化物对实现金线与焊盘的键合至关重要。当键合金属表面有污染物或氧化物时，外压和超声频率振动不能完全去除氧化物或污染物，会对金线与焊盘的键合产生不良影响。2.2化学镀镍钯(ENEPIG)

　　化学镀镍钯金的工艺流程与ENIG相似，只是在化学镀镍和化学镀金之间增加了一个钯圆柱体，从而在镍层和金层之间增加了一层钯金属。基本工艺流程为：脱脂微蚀酸洗预浸活化后浸化学镍(还原)化学钯(还原)化学金(置换)。

　　通过扫描电镜观察，镍-钯-金层平整，厚度均匀，晶胞排列紧密，晶格结构良好。钯层的晶格结构良好。脱金后，晶胞结构致密，无细小裂纹。大量文献表明，在一定的镀层厚度条件下，镍钯表面处理后的焊盘具有良好的焊接性能和金线键合性能。

　　三.镍-钯-金涂层对结合的影响

　　3.1钯层在金线键合过程中的作用

　　钯在室温下是一种相对稳定的金属，在400以内很难被氧化。化学沉积的钯层具有整齐的晶格排列、均匀的晶粒尺寸和致密的结构。在镍层和金层之间加入钯层可以有效阻止镍层向金层的扩散。在PCB客户端焊接过程中，通常先进行元器件的表面贴装，再进行回流焊后进行金线键合。然而，回流焊的高温过程加速了镍向金层的扩散速度，导致金层中镍含量和氧化镍的增加，影响了键合结果。下图显示了回流老化前后ENIG和ENEPIG之间的焊接性能比较。

　　可以看出，沉积的镍金在回流前具有良好的结合性能，回流后结合性能大大下降。然而，回流前后镍-钯-金的结合性能变化不大。通过XPS定量元素扫描分析结果可以看出，金板回流焊后金层中的镍含量大幅增加，而镍钯金层中的镍含量变化不大，如下图所示。

　　由此可见，金板不能用于键合的主要原因是镍容易迁移到金层。由于镍容易氧化，迁移到金层后，金层中的氧化物含量增加，结合性能下降。但是镍-钯-金层阻挡了镍向金层的扩散，使得金层可以保持良好的清洁状态，回流前后的结合性能影响不大。下图是不同钯层厚度的镍钯回流后键合金线张力的趋势图。可以看出，随着钯层厚度的增加，金线张力呈现上升趋势，但达到一定程度后，这种趋势停止，说明达到一定厚度后，钯层阻止镍扩散的能力达到极限，键合性能没有继续上升。

　　3.2金层在金线键合过程中的作用

　　金层的主要功能是与金线结合。当镍层和金层之间没有钯层作为扩散阻挡层时，只要金层达到一定厚度，回流后也具有键合金线的能力。例如镀镍金的金厚度达到0.3um后，就可以和金线键合。老化后不同金层厚度的镀镍金的结合性能对比也证明了这一点，如下面的对比测试结果所示。

从以上测试结果可以看出，电镀镍金在回流前具有一定的结合性能，当金层厚度不足时，回流后结合性能下降。主要原因是当金层过薄时，镍会扩散到金层中，导致金层中杂质含量增加，键合性能下降。

　　金层本身与金线具有良好的结合能力。在化学镀镍钯的表面处理中，由于钯层保护金层不受镍的污染，因此只需要一层薄的金层就能具有良好的结合性能。测试表明，在0.035-0.1 m的金厚度范围内，键合后金线的张力没有明显变化。下图为不同金层厚度的镍、钯、金键合后金线张力的测试结果。

　　四.结论

　　金层中的杂质和氧化物是影响金线和焊盘键合成功的主要因素之一，而金线的一般键合是在表面贴装后进行的。当没有钯层时，表面贴装过程中的高温加快了镍向金层的扩散速度，导致金层被污染，从而影响金线与金层的键合能力。化学镀镍-钯-金可以用于键合的主要原因是钯层对镍层的阻挡作用。当钯层存在时，不仅可以抑制镍层在表面处理过程中的腐蚀和氧化，还可以阻断镍元素在表面贴装过程中向金层的扩散，使较薄的金层具有良好的键合性能，降低金的成本。

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