При имеющей место миниатюризации электронных компонентов для их соединения на печатных платах используется несколько методов, таких как клеевое соединение, пайка и проводное соединение.

 

Сборочные контактные площадки на печатных платах защищены органическим защитным покрытием для обеспечения паяемости, либо соответствующим гальваническим покрытием из драгоценных металлов, в качестве чистового покрытия поверхности. Такие чистовые поверхности должны легко наноситься, при этом процесс их нанесения должен быть непродолжительным и исключать образование толстых и дорогостоящих слоев из драгоценных металлов.

Указанным требованиям соответствуют опции процесса нанесения покрытий методом химического восстановления, включая иммерсионное золочение по подслою никеля (золото под пайку) (ENIG) и иммерсионное золочение по подслою никеля и подслою палладия (ENEPIG).

 

Если процесс ENIG в основном используется для потребительских изделий в дешёвом сегменте, то процесс ENEPIG предназначен для новых потребностей в надежной компоновке и соответствует требованиям об отсутствии свинца «Правил ограничения содержания вредных вещества (RoHS)». Использование метода ENEPIG обеспечивает хорошую поверхность для пайки, поверхность для подсоединения золоченых проводов, поверхность для подсоединения алюминиевых проводов, а также контактную поверхность.

 

Принимая во внимание недавний рост цен на золото, стоимость процесса ENEPIG стала еще более привлекательной, так как в нем используется очень тонкий слой золота и палладия, по сравнению с себестоимостью электронных устройств, в которых требуется толстый слой, наносящийся посредством электроосаждения золота.

 

Прибор X-Strata980 производства компании Oxford Instruments дает возможность пользователям контролировать основные характеристики во время разработки и производства электронных компонент, например, толщину и состав элементного слоя, таким образом, повышая качество и производительность и при этом снижая затраты.

 

Производственный процесс ENEPIG

 

Типовая структура покрытия ENEPIG на площадках печатных плат     Иммерсионное золочение (0,075–0,125 мкм)     Осаждение палладия химическим восстановлением (0,3–6 мкм)     Осаждение никеля химическим восстановлением (3–6 мкм)     Подложка из меди (Cu)

Данный процесс включает в себя осаждение никеля методом химического восстановления, затем осаждение палладия методом химического восстановления и иммерсионное золочение.

 

 

 

Типовая структура покрытия ENEPIG на выводных рамках Иммерсионное золочение (0,025–0,05 мкм)   Осаждение палладия химическим восстановлением (0,05–0,15 мкм) Осаждение никеля химическим восстановлением (1–4 мкм)   Подложка из меди (Cu)

 

 

 

 

Анализ качества покрытий ENIG и ENEPIG посредством прибора X‑Strata980 компании Oxford Instruments

Прибор и программное обеспечение

Прибор X-Strata980 компании Oxford Instruments представляет собой настольный, высокопроизводительный, энергодисперсионный, рентгено-флуоресцентный спектрометр для определения толщины многослойных покрытий и проведения анализа состава на небольших площадях, таких как площадки на печатных платах. Он соответствует требованиям в отношении методов испытаний стандартов ISO 3497, ASTM B568 (Американское общество по испытаниям и материалам) и DIN 50987. Система оснащена своим собственным источником возбуждения, проверенной в эксплуатации рентгеновской трубкой мощностью 100 Вт с микрофокусировкой производства компании Oxford Instruments, а также высокопроизводительным детектором на основе кремниевого PIN диода (точечного диода), охлаждаемого посредством эффекта Пелтье.

Такая комбинация обеспечивают прекрасную точность, а также низкие предельные значения определения при короткой продолжительности измерений. Результаты измерений толщины и анализа состава можно получить за секунды.

Все функции прибора запускаются посредством программы SmartLink, программного обеспечения с интуитивным интерфейсом, совместимого со средой MS Windows, используемого на IBM совместимых ПК. Для пользователей требуется минимальное обучение, а простой пользовательский интерфейс дает возможность пользователям на всех уровнях получать надежные данные.

После проведения калибровки достаточно просто поместить образец в камеру для анализа, закрыть дверку прибора, выделить часть или характеристику образца, которую вы хотите измерить, и начать процесс измерения. Предварительные результаты отображаются на блоке, по вашему выбору (определяется в методе), через несколько секунд после начала работы, и они постоянно обновляются до окончания измерения. В конце анализа можно распечатать и/или сохранить отчет о проведенном анализе, используя встроенный или пользовательский шаблон.

В качестве опции для автоматического анализа имеется двухкоординатный позиционирующий столик: пользователи могут установить режим повторяющегося анализа образцов и проверить однородность толщины покрытия посредством измерения в ряде точек на образце.

 

 

Главное меню анализа

Метод

Калибровка методом фундаментальных параметров создана для мгновенного определения толщины слоев золота (Au), палладия (Pd) и никеля (Ni) на медной (Cu) подложке.

Параметры, используемые для калибровки, были отобраны из списка предварительно загружаемых приложений в SmartLink.

Название метода – Au/Pd/Ni/Cu, рентгеновская трубка была установлена на значения напряжения и тока 50 кВ и 1,7 мА, соответственно. При калибровке использовался одиночный эталонный образец с известной толщиной слоя (золотая фольга толщиной 0,12 мкм над палладиевой фольгой толщиной 0,40 мкм над никелевой фольгой толщиной 10 мкм над медной подложкой), измерение проводилось в течение 120 секунд.

Примечание: для обеспечения максимальной точности рекомендуется использовать стандартные образцы с толщиной, близкой к толщине образцов, подлежащих измерению.

Подготовка и представление образцов

Фактически подготовка образцов не требуется, но рекомендуется очистить образцы перед проведением анализа для удаления возможного загрязнения поверхности. Затем следует просто аккуратно поместить образец на аналитический столик прибора X-Strata, при этом использовать быстро направляемый и включаемый фокус лазера для достижения правильного фокусного расстояния и нажать на кнопку Go (Начало) для начала измерения.

 

		Перекрестие используется для высокоточного определения положения проведения анализа на образце.
Изображение образца	Увеличенное изображение на экране

 

Технические характеристики 

В Таблице 1 приведены технические характеристики прибора, полученные при измерении двух стандартных образцов с известной толщиной слоев. Толщина слоев золота и никеля в двух стандартных образцах была одинаковая. Отличалась только толщина слоя палладия, и разница для толщины слоя палладия показана в Таблице 1.

Точность: Точность определяется близостью, с которой результаты многократных анализов (10 в данном исследовании) определенного образца совпадают друг с другом. Она выражается в 95% уровне достоверности (2 стандартных отклонения).

Примечание: для повышения точности при использовании небольших коллиматоров (например, с диаметром отверстия 0,1 мм) следует увеличить продолжительность анализа.

Правильность: Правильность отражает совпадение между результатом анализа образца и величиной сертифицированной (заданной) концентрации образца.

 

Таблица 1: Результаты 30-секундного анализа покрытий ENEPIG на медной подложке		Au, мкм	Pd, мкм		Ni, мкм
Коллиматор 0,3 мм	Среднее от 10 повторений	0,044	0,087	0,243	4,11
	Заданное значение	0,042	0,090	0,240	3,91
	Стандартное отклонение	0,001	0,005	0,005	0,05
	Точность (степень достоверности 95%)	0,003	0,011	0,010	0,10
	Относительное стандартное отклонение, %	3	6	2	1
Коллиматор 0,1 мм	Среднее от 10 повторений	0,045	0,085	0,227	4,11
	Заданное значение	0,042	0,090	0,240	3,91
	Стандартное отклонение	0,003	0,011	0,016	0,09
	Точность (степень достоверности 95%)	0,006	0,022	0,032	0,18
	Относительное стандартное отклонение, %	7	13	7	2

 

 

 

Таблица 2: Результаты 60-секундного анализа покрытий ENEPIG на медной подложке.		Au, мкм	Pd, мкм		Ni, мкм
Коллиматор 0,3 мм	Среднее от 10 повторений	0,041	0,086	0,240	4,07
	Заданное значение	0,042	0,090	0,240	3,91
	Стандартное отклонение	0,001	0,004	0,004	0,02
	Точность (степень достоверности 95%)	0,002	0,007	0,008	0,05
	Относительное стандартное отклонение, %	2	4	2	1
Коллиматор 0,1 мм	Среднее от 10 повторений	0.043	0,090	0,234	4,13
	Заданное значение	0,042	0,090	0,240	3,91
	Стандартное отклонение	0,002	0,013	0,009	0,06
	Точность (степень достоверности 95%)	0,004	0,026	0,018	0,12
	Относительное стандартное отклонение, %	5	14	4	2

Заключение

Прибор X-Strata980 производства компании Oxford Instruments, предназначенный для определения толщины и анализа качества покрытий, представляет собой экономически выгодное решение для контроля качества при использовании процесса нанесения покрытий. Он обеспечивает повышение производительности, а также проведение быстрого, автоматического анализа, тем самым позволяя пользователю снижать производственные издержки за счет снижения отходов и устранения избыточного нанесения покрытия.

Простой пользовательский интерфейс устройства X-Strata980 обеспечивает возможность работы с устройством для любого персонала, как в лабораторных условиях, так и на производственной линии.