PCB 金手指1

nullnull导师：周 靖 Jing.Zhou@viasystems.comnull课堂守则 请将手机、BP机等通讯工具调到震动状态。 请勿在上课期间，随意进出，以免影响其他同事。 请勿交头接耳、大声喧哗。 如有特殊事情，在征得培训导师的同意的情况下，方可离场。 以上守则，各位学员共同遵守Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 一、金手指 1.1 制程目的 金手指（Gold Finger，或称Edge Connector）的目的：藉由connector连接器的插接作为板对外连络的出口，因此需要金手指制程。 金的特性：它具有优越的导电性、耐磨性、抗氧化性及减低接触电阻。但金的成本极高，所以只应用于金手指的局部镀金或化学金，如bonding pad等。 图13.1是金手指插入连接器中的示意图Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指1.2 制程流程 上板→磨板（微蚀）→水洗→活化→水洗→镀镍→水洗→活化→水洗→镀金→金回收→ 水洗→风干→下板 A、步骤： 贴胶带→辘胶带→自动镀镍金→撕胶带→水洗吹干 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 镀液中辅助成分的作用 硼酸：起缓冲作用，可维持PH值的相对平衡，浓度为35~55g/l；氯化镍：是一种阳极活化剂，可有效促进阳极镍角的溶解，避免 阳极的钝化； 光亮剂：可提高镀层的光亮度，所使用的光亮剂为ACR-3010，控制范围是25~35ml/l； 防针孔剂：可有效赶走停留在镀层上的氢气泡，防止针孔缺陷的产生。 光亮剂与防针孔剂的补加：以少加勤加为宜，一次性不要补加过多。Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 B、作业及注意事项 a.贴胶带的目的 是让板子仅露出欲镀金手指之部分，其它则以胶带贴住防镀。贴胶带是一细活，不允许有胶带贴住金手指及离金手指太远现象，要防止在切除多余的胶带时割伤板材，避免人为擦花。 操作时要留意所使用的胶带不可有脱胶现象，以免铜面残余胶渍。此步骤是最耗人力的，自动贴胶带机的上市，将会带来工业的又一次革命。 辘胶带的目的，是通过辘板机使胶带与板面贴实，避免因胶带未被压实，在镀镍金时胶带内藏药水造成药水缸间的交叉污染。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 b. 磨板（微蚀） 除去板面的油污、氧化皮及绿油残渣，提供一个光鲜、 微粗糙的铜面，增加铜层与待镀镍层的结合力。 c. 活化的作用 去除铜面轻微氧化皮及防铜面再度氧化，使铜面更加光鲜洁净，保持铜层或镍层的活性，增强基体金属与待镀金属间的结合力。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指镀镍 作为金层与铜层之间的屏障，防止铜migration. 为提高生产速率及节省金用量，现在几乎都用输送带直立式进行之自动镀镍金设备，镀液的主盐是镍含量甚高而镀层应力极低的氨基磺酸镍（Nickel Sulfamate Ni (NH2SO3)2。4H2O）。 机理—阴极：Ni2++2eNi 2H++2e H2 阳极： Ni-2eNi2+ Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指镀金 无固定的基本配方，除金盐（Potassium Gold Cyanide金氰化钾，简称PGC）以外，其余各种成分都是专密的。 目前不管酸性中性甚至碱性镀金，所用的纯金都是来自纯度很高的金盐，金盐为纯白色的结晶，不含结晶水，依结晶条件不同有大结晶及细小的结晶，前者在高浓度的PGC水溶液中缓慢而稳定地自然形成，后者是快速冷却并搅拌而得到的结晶，市场上多为后者。 机理—阴极：Au(CN)2-+eAu+2CN- 2H++2e H2 阳极： 2H2O-4eO2 +4H+ Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 酸性镀金（PH=3.8~4.6） 使用非溶解性阳极，最广泛使用的是钛网上附着有白金，或钽网（Tantalam）上附着白金层，后者较贵使用寿命也较长。 自动前进沟槽式的自动镀金 把阳极放在沟槽的两旁，由输送 带推动板子进行于槽中央，其电流的接通是由黄铜电刷（在槽上方输送带两侧）接触板子上方突出槽外的线路所导入，只要板子进镀槽就立即接通电流。各镀槽与水洗槽间皆有缓冲室并用橡胶软垫隔绝，以降低drag in/out ，减少药水的流失，避免药液缸的相互污染。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 h. 酸性镀金的阴极上因电流效率并不好，即使全新液也只有30~40%而已，且因逐渐老化及污染而降低到15%左右，故酸性镀金镀液的搅拌是非常重要的。 在镀金的过程中阴极上因电流效率降低而析出较多的氢气，使镀液中的氢离子减少，因而PH值有渐渐上升的情形，此种现象在钴系或镍系或二者并用之酸性镀金制程中都会发生。当PH值渐渐升高时镀层中的钴量或镍量会降低，会影响镀层的硬度甚至疏孔度，故须每日测其PH值。通常镀液中都有大量的缓冲导电盐类，故PH值不会发生较大的变化，除非有异常的情形发生。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指j. 金属污染 铅：对钴系酸性镀金而言，铅是造成镀层疏孔（pore）最直接的原因（剥锡铅制程要注意），超出10ppm即有不良影响。 铜：是另一项容易带入金槽的污染，到达100ppm时会造成镀层应力破坏，不过镀液中的铜会逐渐被镀在金层中，只要消除了带入铜污染的来源，应不会造成太大的害处。铁污染达50ppm 时会造成疏孔，也需要加以处理。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指C、金手指之品质重点 a.厚度（Thickness）； b.硬 度(Hardness)； c.疏孔度 (porosity) ； d.附着力(Adhesion)； e.外观：针孔，凹陷，刮伤，烧焦等。Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指1.3工序常见问 A、镀镍 1.镀层起泡、起皮（镍层与铜层分离） 原因：镀前处理不良；镀液中途断电时间太长；镀液有机污染； 镍缸温度太低。 处理方法：改善前处理效果；检查设备；对镍缸进行碳处理；将温 度提高到正常值。 2.镀层针孔、麻点 原因：润湿剂不够；有机污染；镀前处理不良（电镀铜针孔）。 处理方法：补充润湿剂；对镀液进行碳处理；改善镀前处理效果，前工序控制针孔缺陷。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 1.3工序常见问题分析 3. 镀层烧焦 原因：温度过低；电流密度过高；镍离子浓度过低；硼酸浓度过 低；PH值过高。 处理方法：升高温度或降低电流；升高镍离子浓度；补加硼酸；调整PH值。 4. 阳极钝化 原因：阳极活化剂不够；阳极面积过小。 处理方法：补加阳极活化剂；增大阳极面积。Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指1.3工序常见问题分析 5. 颜色不良 原 因：底铜处理不良；镀液受到Cu2+、Zn2+等金属离子污染；PH值过高；镍光剂含量不足。 处理方法：加强底铜处理效果；小电流进行电解处理，去除金属杂质的污染；调整PH值；调整镍光剂的含量。 6. 镀层脆性大，可焊性差 原因：重金属污染；有机污染；PH值过高；添加剂不足。 处理方法：小电流拖缸处理；对镍缸进行碳处理；调整PH值；补充适量添加剂。 Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指B、镀金 1.高电流区烧焦 原因：金浓度不够；比重太低；搅拌不够；镀金液被镍铜污染。 处理方法：补加金盐；调高比重；加强搅拌；清除金属污染。 2.镀层结合力不良 原因：铜与镍结合力不良；镍与金结合不良；镀镍金前清洗处理不良；镀镍层应力大。 处理方法：注意镀镍前铜处理效果；注意镀金前镍处理效果；加强镀前处理效果；净化镀液，对镍缸进行拖缸或碳处理。Gold Finger - 金手指Gold Finger - 金手指 3. 金颜色不良 原因；添加剂补加过少；PH值偏高；镀液受到Ni2+等金属离子的 污染。 处理方法：补充适量的添加剂；调整PH值；清除金属污染，平时须注意防止污染 的产生，特别是经常发生的镍离子污染。 4. 板面金变色（金面颜色不良，特别是在潮湿的季节） 原因：清洗及烘干不彻底；镀金板存放在有腐蚀性的环境中。 处理方法：加强镀金后清洗及烘干效果；镀金板应远离有腐蚀性的环境中保存。 化学镍金 化学镍金 二、化学镍金 1.1 制程流程 除油→水洗*2→微蚀→水洗*2→微蚀后浸→水洗*2→预浸→钯活化→后浸→水洗*2→无电镍→水洗*2→无电金→回收水洗→后处理水洗→干板 化学镍金 化学镍金 1.2 无电镍 A、一般无电镍分为“置换式”与“自我催化式”，其配方极多，但不论何者仍以高温镀层品质较佳。 B、镍盐为硫酸镍。null1.2 无电镍 C、还原剂有次磷酸盐类（Hypophosphite)/甲醛（Formaldehyde）/氨（Hydrazine）/硼氩化合物（Borohydride）/硼氢化合物（Amine Borane）。 D、络合剂以柠檬酸盐(Citrate)最常见。 化学镍金 化学镍金 化学镍金 1.2 无电镍 E、槽液酸碱度需调整控制，传统使用氨水（Amonia），也有配方使用三乙醇氨（Triethanol Amine），除可调整PH值及比氨水在高温下稳定外，同时具有与柠檬酸钠结合共为镍金属络合剂，使镍可顺利有效地沉积于镀件上。 F、还原剂为次磷酸二氢钠，除了可降低污染问题，其所含的磷对镀层品质也有极大的影响 化学镍金 化学镍金 操作特性分析 a. PH值的影响：控制范围在4.8~5.3, PH太高会有混浊现象及分解发生，对磷含量及沉积速率有明显影响。 b. 温度的影响：温度对析出速率的影响很大，低于70℃反应缓慢，高于95℃速率快而且无法控制，一般控制在80~90℃。 化学镍金 化学镍金 操作特性分析 c. 组成浓度中柠檬酸钠含量高，络合剂浓度提高，沉积速率随之下降，磷含量则随络合剂浓度增加而升高，三乙醇氨系统磷含量甚至可高到15.5%上下。 d. 还原剂次磷酸二氢钠浓度增加，沉积速率随之增加，但超过35g/l 后槽液有分解现象，因此其浓度不可过高，过高反而有害。磷含量则和还原剂间没有明确关系，因此一般浓度控制在30g/l左右较恰当。 化学镍金 化学镍金 操作特性分析 e. 三乙醇氨浓度会影响镀层的磷含量及沉积速率，其浓度增加磷含量降低，沉积速度也变慢。它除了可以调整酸碱度外，也可作金属络合剂之用。 f. 由探讨得知柠檬酸钠浓度作适当调整可有效改变镀层磷含量。 g. 一般还原剂大致分为两类： 次磷酸二氢钠（NaH2PO2。H2O,Sodium Hypophosphate）系列及硼氢化钠（NaBH4,Sodium Borohydride）系列，硼氢化钠价钱较贵，因此市面上多以次磷酸二氢钠为主。 化学镍金 化学镍金 主要反应为： [H2PO2]- +H2O→H+ + [HPO3]2- +2H(Cat)------------(1) Ni2+ + 2H(Cat) →Ni + 2H+-------------------------------(2) [H2PO2]- + H(Cat) → H2O +OH- + P-------------------(3) [H2PO2]- + H2O → H+ + [HPO3]2- +H2-----------------(4) 由于铜面多呈现非活化性表面，为使其产生负电性以达到“启镀”之目的，铜面采取先长无电钯的方式（钯活化），反应中有磷共析，故4~12%含磷量为常见。镍量多时镀层失去弹性、磁性、脆性，光泽增加，有利防锈，有利打线及焊接。 化学镍金 化学镍金 1.3 无电金 A、无电金分为“置换式镀金”与“自我催化式镀金”，前者就是所谓的“浸镀金”(1 mmersion Gold plating)，镀层薄且底面镀满即停止；后者接受还原剂供应电子，故可使镀层继续增厚无电金。 B、反应示性式为： 1） 还原半反应式：Au+ + e- → AuO 氧化半反应式：Red→Ox + e- 全反应式： Au+ + Red → AuO + Ox 2） 置换机理：Ni + 2Au(CN)2- →2Au + Ni2+ + CN- 化学镍金 化学镍金 无电金 C、化学镀金配方除提供黄金来源的络合物及促成还原的还原剂，还必须并用安定剂、缓冲剂及湿润剂等才能发挥效用。 化学镍金 化学镍金 无电金 D、化学金配方组成及功用： 化学镍金 化学镍金 无电金 E、化学金效率及品质的改善，关键选用是选用还原剂，早期的甲醛到近期的硼氢化合物，其中以硼氢化钾最普遍，效果也佳，若与其他种类还原剂并用效果更理想。 反应式如后： 还原半反应式：Au(CN)2- + e- →AuO + 2CN -: 氧化半反应式：BH4- + H2O →BH3OH- + H2 BH3OH- + 3OH- →BO2- + 3/2H2 + 2H2O + 3e- 全反应式： BH3OH-+3Au(CN)2-+3OH- →BO2-+ 3/2H2+2H2O+3AuO+6CN- 化学镍金 化学镍金 无电金 F、镀层之沉积速率随PH值的升高而降低，随还原剂浓度和槽温提高而提升，随氰化钾浓度增加而降低。 G、操作温度多为85℃左右，对材料安定性是一大考验。 化学镍金 化学镍金 无电金 H、细线路底材上若发生横向成长可能产生短路的危险（ 渗镀）。 I、 薄金易有疏孔，它直接沉积在化学镍的基体上。 K、当镀镍层全部被金覆盖后，反应即停止，孔隙下的镍继续反应，但反应速度慢，直至完全停止。 化学镍金 化学镍金 1.4 常见问题分析 a.漏镀(Skip) 原因：体系活性不够；铜面被铅锡残渣等污染。 处理方法：提高体系活性；将铜板过水平微蚀或磨板处理。 b.渗镀 原因：体系活性过高；外界污染或前工序残渣。 处理方法：降低体系活性；将铜板过水平微蚀或磨板处理。 化学镍金 化学镍金 1.4 常见问题分析 c. 甩金 原因：镍面钝化；镍缸或金缸杂质多；金缸PH值失调。 处理方法：避免镍面钝化（如水洗时间不可过长等）；杂质过高则换新缸处理；调整金缸PH值至合适值。 d. 甩镍 原因：活化后钯层钝化；镍缸加速剂失调；铜面污染。 处理方法：避免钯层钝化；用拖缸板消耗多余的加速剂；将生产板过水平微蚀或磨板处理。 化学镍金 化学镍金 1.4 常见问题分析 e. 孔壁上金 原因：沉铜残钯太多；D/F穿菲林。 处理方法：水平毒化处理；D/F避免穿菲林。 f. 金面颜色不良 原因：金缸稳定剂过多；金厚不够 。 处理方法：停加稳定剂；采用升高金缸温度等方式使金厚足够。 化学镍金 化学镍金 1.5 制程重点 A、酸性除油： 为防止钯沉积时向横向扩散，初期使用柠檬酸系清洁剂，后因绿油有疏水性，且酸性清洁剂效果又较佳，同时为防止酸性清洁剂可造成的铜面钝化，故采用非离子性清洁剂，以容易清洗为所求。作用在于去除铜面轻度油脂、氧化物等，清洁铜面，增加润湿效果。 B、微蚀： 其目的在于去除氧化层获得新鲜铜面，同时达到绝对粗度约0.5-1. 0μm之铜面，使得镀镍金后仍能获得相当粗度，此结果有助打线时之拉力。配槽以NPS 100g/l加少量硫酸，以提高蚀刻效率。 化学镍金 化学镍金 C、预浸： 作用在于去除铜面的轻微氧化物薄膜，确保以一个无氧化的铜面进入活化缸，维持活化液的稳定，避免其受到前面步骤中带过来的杂质的污染，以及维持活化缸PH值的相对平衡。为一硫酸型预浸溶液，溶液中除没有钯成分外，其他成分和其后步骤（活化）中的溶液组分相同。 化学镍金 化学镍金 D、铜面活化处理 钯约50ppm，操作温度约25℃，1.5~2.5分钟，由于氯化钯对铜面钝化比硫化钯为快，为得到较好的镍铜结合力，自然是硫化钯较适当。由于钯作用同时会有少量Cu+产生，它可能还原成Cu，也可能氧化成Cu++，若成为铜原子沉积会影响钯还原。为使钯还原顺利，可有少量吹气搅拌，促使亚铜离子氧化并释放出电子以还原钯，完成无电镍沉积的动作。 钯层的形成是通过“置换反应”，在铜面上形成一薄钯层，在其后的无电镍中起到催化的作用，促进镍层的形成。钯层沉积的好坏直接影响到镍层的形成，从而影响到产品品质，如常见的问题渗金、Skip，都与活化好坏有关。 化学镍金 化学镍金 影响钯层形成的因素主要有温度、浓度及重金属离子的污染，如钯缸受到重金属离子的污染，则沉钯效果会受到很大影响。 E、活化后水洗 为防止镍层扩散，去除线路间之残钯至为重要，除强烈水洗外，常用稀硫酸浸渍以转化死角的硫化钯，防止镍的扩散。为促进镍的还原，热水预浸将有助于成长及均匀性，其想法在于提高活性，使大小面积及高低电压差皆因提高活性而使差异变小，以达到均一的目的，后浸的作用则在于去除基材上及Undercut内残余的钯，防止渗镀的产生。 化学镍金 化学镍金 F、无电镍 操作温度85±5℃，pH- 4.8~5.3，镍浓度约为5.5~6.5g/l间，槽中应保持镍浓度低于6.5g/l，否则有氢氧化镍沉淀的可能。若低于5.5g/l 则镀速减慢，正常析出应以15μm/Hr，Bath loading 则应保持约（0.5~1.5)dm2/1，镀液以6g/l为，镍量经过5个Turn over即须更换，否则析出镍的品质会变差。镍槽可以316不锈钢制作，槽体事先以50%硝酸钝化，槽壁外加电解阳极以防止镍沉渍，阴极可接于业通以0.2~0.4A/M2(0.018~0.037ASF)低电流，但须注意不能在作业区产生气泡，否则代表电流太强或镍镀层太厚，必须硝槽。建浴操作应维持在pH=4.8~5.3之间，可用氨水或H2SO4调整，pH高于5.3会出现混浊。镀液老化，pH值操作范围需逐渐提高，才能维持正常析出速度 。因线路底部为死角，易留置反应后所留的残碱，因此对绿油可能产生不利影响，必须以加强搅拌及震动使残碱及气泡去除。 化学镍金 化学镍金 G、无电镍磷含量 一般无电镍多以“次磷酸二氢钠”为还原剂，故镀层会含有约4~12%的磷量，且部分呈结晶状。磷含量在6~8%含量则多数呈非结晶状，当高达12%以上则几乎全呈非结晶组织。就打线而言，中磷含量及硬度在500~600HV最佳，焊锡性也以9%为最好。一般在添加至4MTO后析出的磷含量就会达到10%，应考虑换槽，打线用镍厚度应在130μ"以上。 H、无电金 以柠檬酸为络合剂的化学金槽，含金1.7~2.3g/l，槽体以PP为材质。 pH=4.5~5.5时可与镍作用实行化学镀金， pH值可用稀硫酸或氢氧化钾调整之。 化学镍金 化学镍金 1.6 结束语 A、 化学镍金制程成本极高，会锁定某些领域的板子，如COB，IC Substrate等，不会普及化。 B、 目前也有其它成本较低而仍有化学镍金功能之产品，如 Pd/Ni, Sn, Organic Silver等，以后会陆续再做探讨。null