Wednesday, January 23, 2008 by Mario Scalzo [view bio] 

Soldering to gold may be both the easiest and most difficult type of
 soldering in our little SMT world. Gold; soft, warm, glowing, and insanely
 expensive right now is incredibly easy to solder to. Gold's natural ability
 to prevent the formation of oxidation makes it an ideal solderable surface, 
especially when matched with a strong metal such as nickel, but there are
 some drawbacks…

The first feature that makes gold so easily solderable is that it does not
 oxidize. There is no worry of surface contamination that is the bane of SMT
 engineers the world over. Whether soldering to Electroless Nickel / Immersion
 Gold (ENIG) or gold cable seals, it should remain solderable for years. Gold
has remained a mainstay of the surface mount technology (SMT) world as the
 thin-film layer that keeps nickel solderable. Which is where the second feature
 of gold comes to light; that it is readily dissolvable in other metals. From my 
quick calculations, standard Tin-Lead eutectic solder dissolves gold at 35
micro inches (35μ") per second at 200°C. For comparison, molten tin dissolves
gold faster, and Tin-Lead solder solders to nickel about 60 times slower.
 This is why when soldering to an ENIG circuit board, it is important
 to form the strong Tin-Nickel intermetallics with a relatively longer Time 
Above Liquidus (TAL) and higher Peak Temperature when reflowing 
when compared to copper.

Of course, there are some worries… I believe the biggest worry is the
 amount of gold that ends up in the final solder joint. If soldering to 
thick-film gold using a tin-based alloy, right around 10% gold in the
 final solder joint is where the brittle Gold-Tin intermetallics start to 
become a hindrance to reliability. Even worse, the tin may continue
 to dissolve the gold, even at room temperature, to form Kirkendall 
voids. Using thin-film gold may help in this area. Thin-film or "flash"
 of gold is typically 3-5μ". But, I have seen "thin-film" as thick as 15μ", 
which based on experience, I still consider a safe level of gold to be
 dissolved into the solder joint. On the other side, 50μ" and above is 
what I consider thick-film, where tin-based alloys are strictly prohibited.
 The gray area in between of 15-50μ" is when I normally recommend 
using Accelerated Life Testing (ALT) to determine whether issues will
 develop with the stated life-span of the product.

More information may be found at our Online Help: Indium Knowledge
 Base or Soldering to Gold Application Note.

There are 0 Comments. Leave a comment. 

Learn More Contact the author of this entry 

Share this entry 

Email a Friend Share on Facebook Share on LinkedIn Tweet this Digg this Add to del.icio.us More