ASIG löser problemen som svärtar ENIG

Ytbehandlingsprocessen ENIG gjorde succé när den kom i början på 90-talet. Med sin goda lödbarhet (även efter flera omsmältningslödningar) och sin goda åldringsbeständighet gjorde den sig mycket populär bland elektronikföretag världen över. En ENIG-yta är också mycket väl lämpad för SMD komponenter och trådbondning eftersom den uppvisar en oslagbar planhet. Men trots många viktiga fördelar är denna process inte utan problem. Då tillverkningsvolymerna ökade i slutet av nittiotalet och BGA:er infördes i allt större utsträckning såg många företag att kvalitetsproblem med lödfogar på ENIG behandlade mönsterkort blev allt vanligare. Fenomen som "Black Pads" och problem med spröda lödfogar gjorde att man började titta efter alternativ till ENIG. Detta skulle dock visa sig vara en svår uppgift eftersom de då tillgängliga alternativen på marknaden inte uppfyller de krav om ställs på en ENIG yta. Ett talande exempel på svårigheten att hitta en ersättare för ENIG är att fortfarande - efter ett halvt decennium av intensiva ansträngningar från den globala elektronikindustrin att fasa ut ENIG - så är 20-30% av alla mönsterkort som produceras i världen ytbehandlade med ENIG. Vilka alternativ finns då på marknaden och varför har man fortfarande inte hittat någon ersättare till denna process? OSP (Organic Solderability Preservative) Visserligen så är OSP-processen enkel, billig och innebär lödning direkt mot kopparn, men avsyning och elektrisk testning är näst intill omöjlig. Flera omlödningar är inte möjligt med OSP och åldersbeständigheten är endast ca tre månader. Dessutom så är bonding inte möjligt med OSP. Blyfri HASL (Hot Air Solder Leveling) Blyfri HASL är också en enkel och billig process som homogeniserar lödfogen i en kontakt direkt mot kopparbanorna på mönsterkortet. Trådbonding med HASL är inte möjligt samt att mönsterkorten utsätts för en temperaturchock redan under tillverkningen, vilket ställer högre (dyra) krav på laminatet. Detta är ett problem som har kommit att bli än mer signifikant jämfört med den blyade HASL som ju höll lägre temperatur. Dessutom är topografin på en HASL-yta mycket sämre än alla andra ytfinishar med variationer på upp till 10µm i tjocklek. Immersion Silver Immersion Silver, som läggs på i en våtkemisk process, är också en relativt enkel och billig process. Här kan det dock uppstå problem med s.k. micro-voids i lödfogen, kort åldringsbeständighet och fläckbildning från silversulfid på ytan. Flera omsmältningar är inte möjligt med denna process, inte heller bondning. Immersion Tenn Immersion tenn har de fördelarna att det är billigt, enkelt och att lödfogarna har direktkontakt med kopparn. Man kan inte göra flera omsmältningar och även i denna process är bonding omöjlig. Åldringsbeständigheten är dålig då kopparen diffunderar upp i tennet väldigt snabbt. Den mest allvarliga nackdelen med denna process är dock problemen med whiskers - tunna metallfilament som växer ut från ytskiktet och därigenom orsakar kortslutning. Ovanstående visar att trots problemen med ENIG så gör bristen på alternativ att man alltså väljer att fortsätta använda denna process. Vi ser emellertid att alla ovanstående alternativ har en mycket viktig fördel jämfört med ENIG: lödfogen skapas mot koppar. I fallet med ENIG skapas lödfogen mot nickelskiktet. Detta faktum är egentligen det som är grunden till de kvalitetsproblem elektronikindustrin brottas med vad gäller ENIG pläterade mönsterkort eftersom det orsakar både spröda intermetalliska skikt och ofta även problem med black pads. Särskilt de senaste åren, i och med övergången till blyfritt har dessa problem eskalerat kraftigt då de nya blyfria loden tillsammans med nickel ger nya intermetalliska skikt som gör att lödfogen blir extremt känslig för sprödbrott. Som vi ser i alternativen ovan så har alla ytfinishar EN gemensam fördel jämfört med ENIG och det är att lödfogen sammanlänkar kopparen direkt med lodet. En relevant fråga borde således vara om det finns en ytfinish som kan kombinera alla goda egenskaper som gjort ENIG så populär, men med den skillnaden att lödfogen skapas mot koppar. Det var precis denna fråga vi på Polymer Kompositer AB ställde oss när vi började utvecklingsarbetet med ASIG för ett antal år sedan. ASIG är en ny ytfinish som marknadsintroducerades under våren 2006. ASIG står för Autocatalytic Silver Immersion Gold. I ASIG-processen deponeras i det första steget ett tunt (<0,1µm) men helt porfritt silverskikt i en kemisk immersionsprocess. Därefter tar en autokatalytisk process över som bygger upp ett tjockare silverlager (0,7-1µm). Detta tjocka och extremt täta silverskikt blockerar diffusion av underliggande koppar och har därigenom samma funktion som nickelfilmen i ENIG processen. Tack vare den autokatalytiska försilvringen så blir silverskiktet tjock och tätt nog att efterföljas en guldimmersionsprocess som ger samma plana och inerta yta som ENIG. Eftersom både silver och guld diffunderar mycket snabbt i tennbaserade lod innebär detta att vid lödning mot en ASIG-yta difunderar ytfinishen in i lodet och lödfogen homogeniseras direkt mot kopparn. Eftersom lödning sker mot koppar och inte nickel, elimineras alltså de problem som ENIG processen lider. Samtidigt har tester visat att ASIG har alla de övriga viktiga prestanda som gjort ENIG så populär. Preliminära resultat där tillförlitligheten i lödfogar undersökts visar på överlägsna resultat för ASIG jämfört med ENIG. Resultaten visar på en ökning i hållfasthet för ASIG korten med 43 och 57% jämfört med de mönsterkort som var behandlade med ENIG. Karl Lundahl Technical Manager, Polymer Kompositer AB