,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,*,化鎳浸金 製程治理,台灣上村股份,技術部 周政銘,2024/11/19,1,化鎳浸金ENIG三大部份,(1)前處理：綠漆後之刷磨、微蝕或酸洗、,水洗、吸水滾輪與熱風吹乾之水平連線，,將烤綠漆造成待鍍銅面的過度氧化物，,進行機械法為主化學為輔之徹底去除。,(2)本製程：逐槽上下進出操作，自脫脂起至金回收,與水洗，共約十餘站。,(3)後處理：又改回水平連線，含冷水沖洗、純水漂淨、,與吸水滾輪，熱風快速吹乾及徹底再吹冷等。,2024/11/19,2,化鎳浸金的後段流程,如後灌孔(綠漆塞孔)印白字目前已有先印UV型白字，並稍加烤硬以增強耐化性與切外形及品檢，之後還須再連線水洗與烘乾，才能包裝出貨。,由於上述之前處理，本線與最後工作等三段，不肯定是在同一廠地同一時間所進行，故其運輸與暫存之動作皆應儘量避开潮濕如小孔內的濕氣與高溫，以減少後續底鎳層的繼續劣化Degradation。,2024/11/19,3,化鎳浸金的鍍層外表,2024/11/19,4,三大品質問題,露銅,長胖,變色,2024/11/19,5,上游成線蝕刻進行時，假设銅箔稜線踏入板面樹脂太深者，蝕刻後密集焊墊邊緣根部四周的板材中，可能還留有殘銅碎瘤。始终要到ENIG後才可能發現墊邊長胖或局部突出等惡性擴張，此時不但要追究蝕刻製程，甚至還要遠溯到壓合與銅箔去。另外要留意的是，蝕刻後線邊墊邊之上緣，是否出現不良的“懸邊”Overhang，這種隨時會斷的東西經常會帶來麻煩。,蝕刻不良,ENIG,長胖,2024/11/19,6,長胖,2024/11/19,7,蝕刻成線後的剝錫鉛或剝純錫也要留神，須留意其電鍍銅外表，是否尚留有剝除未盡的淺灰色IMC存在。果真如此，則各種刷磨與酸咬都奈何不了他，最後恐將難逃露銅的宿命。因銅面上一旦有Sn、Pb 、 Zn、Cd、Sb、Bi、S、Cr等“毒藥”之殘跡時，都將強力抑制化鎳皮膜的生長，其中尤以錫Sn、鉛Pb、與硫S等經常會出現在板面的銅墊上，去除未盡時即有可能露銅，而鉻Cr甚至只要2-3ppm，化鎳皮膜的生長就會打烊。,(Cu/Sn IMC或殘錫假设僥倖鍍上化鎳後, 也简洁peeling).,剝錫不良,ENIG,露銅,2024/11/19,8,現行的,NPTH,做法，已經不再逐一塞入,小辣椒,以節人力。代而起之的是在一次全面鍍銅後貼乾膜時，順便將,NPTH,也都一併蒙上，於是二銅錫鉛與蝕刻後，雖然各,NPTH,的孔內已被咬得全無銅壁，但化銅前陰魂不散的,鈀,層，卻絲毫無損不動如山。,這種板子一旦進入,ENIG,之中，其不該上鎳上金的非通孔，對於,ENIG,的接納卻絲毫不遜正常焊墊甚至過之，不免令人為之氣結。,於是剝錫鉛之前只好先將板子浸泡一種,硫醇,槽液，以鈍化掉,NPTH,孔內的,鈀,層，而於後來,ENIG,之際不再作怪。不幸的是硫醇處理後沖洗不潔時，難免就會帶硫進入剝錫鉛槽，使得剝後的銅墊或側緣也多少沾上了硫。銅面的,硫是化鎳反應的死對頭,之一，因而想要徹底防止露銅就難上加難了。,NPTH,孔壁鈀層鈍化之硫醇殘跡,ENIG,露銅,2024/11/19,9,綠漆本身的耐化性Chemical Resistance要夠好，才能耐得住ENIG高溫長時間的化學攻擊平均80-86，兩槽共約20-40分鐘。大凡此項本領不佳者，ENIG之後的綠漆色澤將會被漂洗而變淺。也就是說綠漆配方中的假设干有機物已溶入化鎳浸金槽液中，久之勢必帶來為害不輕的污染。通常銅面的綠漆厚度不宜低於0.2mil，否則ENIG之後常會出現發白的現象，也是被退的缺點之一。,綠漆品質不良,ENIG,露銅,2024/11/19,10,綠漆顯像不良,ENIG,露銅,綠漆顯像缺乏常使銅墊上留有未能盡除的透亮殘膜Scum，此殘膜中不但含有Na2CO3與消泡劑，並另有已溶入的綠漆成份，一旦附著銅面而又遭後續之高溫烘烤，就會將與銅面勾搭成為難以去除的“錯化物”Complexing Compound，而不僅只是稀鬆寻常的氧化物Oxides而已。,2024/11/19,11,綠漆顯像不良,2024/11/19,12,綠漆殘膜,2024/11/19,13,如假包換的綠漆,2024/11/19,14,綠漆殘膜,2024/11/19,15,顯像後水洗不良，或吸水滾輪的再污染 ,ENIG,露銅,此處水洗的對象是大量濕滑的鹼性物質，必須要用充分的自來水沖洗才能完全去除。,有時候顯像與水洗都還不錯，但熱風吹乾前的陳年吸水滾輪，卻是特别的骯髒，反而把洗淨的板子又給滾塗成了殘膜的附著，成事缺乏敗事有餘。只要用手去摸摸吸水輪面有無滑滑膩膩，就知道是否該洗該換了。任何看不見的Scum只要烘烤老化變質與銅金屬發生錯化反應後，想要在正常流程中去徹底去除，堪稱機會不大。不過一般在噴錫板操作時，這種惱人的殘膜反而是芝麻小事一椿，高溫強風與助焊劑的聯手，甚至一次不夠再加一碼下，早已灰飛煙滅無影無蹤了。,2024/11/19,16,綠漆殘膜,HASL,ENIG,2024/11/19,17,綠漆殘膜,X 50,X 500,2024/11/19,18,顯像後未充分洗淨,化鎳浸金前銅面,化鎳浸金後,:,2024/11/19,19,顯像液殘膜,2024/11/19,20,正常板,銅面污染物造成的腐蝕,2024/11/19,21,綠漆單面塞孔,ENIG,露銅,孔內氧化銅或,氧化劑殘留,2024/11/19,22,化學電池,ENIG,露銅,陽極,陰極(,GND,或,PWR,層),陰極面積遠大於陽極面積,2024/11/19,23,烘乾未冷透即疊板，造成銅面異常氧化,ENIG,長胖或,S/M,破邊,顯像及連線水洗烘乾冷卻後，進入下一站熱烤硬化前常需暫存或搬運，以协作生產計劃或不同場地，倘未乾透冷透而逕行疊板者，中心部份銅面的異常氧化就會上演，又經S/M長時間烘烤後，斑點或駁面都將一一亮相。此異常氧化一旦出現在“綠漆設限”Solder Mask Defined的邊緣，當其進入前製程與ENIG本線的微蝕槽時，藥水對該種厚氧化銅的鬆軟區，將會集中力气大肆攻擊，造成S/M正下方被側攻侵入，以致綠漆失根掏空。加以ENIG更會在毛細作用的幫忙下趁虛而入，形成另一種檯面下的“長胖”。,有時S/M中並未異常氧化，但假设前後連線的兩道微蝕過度發威時，也會在綠漆著落與銅面交界處，發生這種挖牆腳的情形。而且這種马虎大意的“熱疊板”即使有隔紙之下，也常在其他水洗烘乾連線中不斷發生。,2024/11/19,24,綠漆烘烤硬化後銅面異常氧化 ,ENIG,露銅,正常烤漆後其乾淨銅應呈現暗紫紅色，凡經前處理的刷磨與ENIG本線的微蝕，即可得到純潔的銅面。但原本污染不潔的銅面，烤綠漆後極可能會呈現殘膜的頑固附著，ENIG後露銅的機會也將大增。,且綠漆也不宜過度烘烤，以防變質脆化以致附著力變差，而增加在ENIG之後的局部裂开脫落。鎳槽與金槽的溫度過高時，也都將會傷及S/M 。,2024/11/19,25,化鎳浸金前之連線預刷清洗,水壓太小或無水沖洗,ENIG,墊邊長胖或嵌入綠漆,烘烤S/Mcm之間，壓力太大可能造成綠漆的霧化。一旦無水或水壓缺乏時，則在缺乏滑潤與沖走下，會造成在墊邊聚拢或綠漆嵌入之銅粉，此時的綠漆外觀會呈現局部黑斑。進入ENIG的本線時就會在鈀槽中承受活化的招待，後站中就會冒出不該有的鎳金。此等敗績不但形成局部墊邊長胖，且綠漆外表的鎳金還很不简洁摳掉呢。,2024/11/19,26,刷磨時綠漆外表遭銅粉強行崁入,2024/11/19,27,維修刷毛減少露銅,常用之刷毛以刷出1000的粗度為宜。由於水平輸送具有左中右三條跑道，以中心路線的機會最為頻繁。久而久之造成刷毛長短不均影響刷銅效果，常會造成板中心各墊面的露銅。此時應採不鏽鋼板上貼有粗砂紙的“整刷板”，去對刷毛修整維護，以保持均勻刷磨。,不過目前手機板流行選擇性ENIG與OSP，兩種皮膜共存的場面，則在做化鎳浸金的前流程時，須用乾膜覆蓋後續OSP管區的銅面。如此一來當然就不能再照章刷磨，以保護乾膜的安全。所剩節目也只能靠微蝕的單獨表演了。,2024/11/19,28,乾膜選擇性浸金板,2024/11/19,29,小型焊墊處理困難強度缺乏,即使全面能刷的手機板，其基頻區中三、四顆CSP的超小焊墊，也很難得到良好的磨刷成果。此等隐蔽在元件肚子底下的微小焊墊，一向是焊性不良銲點不強的隱憂。國立中心大學化工材料争论所，高振宏教授所指導的一篇論文中，曾說明焊點愈小者，其含金比例就相對會增加，一旦超過 0.1 % 時，將可能引發脆性。自從Motorola將之改成OSP處理後，已有許多業者先後步其後塵，以加強銲點免於黑墊之後患。Nokia所採取特别手段的摔落試驗Drop Test，也正是針對此種潛在危機而做。,2024/11/19,30,乾燥不全而疊板之過度氧化,ENIG,後某些,QFP,墊面露銅,板子銅面經連線刷磨及微蝕後，還要再過水洗與熱風吹乾，之後疊板的暫存或運輸也要等冷卻之後才能出馬。否則多餘的熱量及水氣，又會造成板中心小孔邊緣銅面的再次氧化。有時整批放置太久也會過度氧化，每每使得QFP長墊的整片露銅。,2024/11/19,31,掛架的治理,係以金屬為支持，外面包覆PVC或PVDF之耐化學品塗料。由於PVC中含有鉛份，用久了難免會溶入高溫的鎳槽中，對化鎳的還原反應將造成傷害。含氟的PVDF雖已無此煩惱但卻價格較貴，兩者都要留意披覆皮膜的損傷與維修，以減少污染鈀槽與上鎳之麻煩。,大面積之薄板在槽液中搖動時，為防止彼此大跳“貼臉舞”起見，掛架要採用Teflon線拉緊做為區隔；厚板者須採上下橫樑之卡槽，做為隔離分列之定位。槽液中的掛架要考慮隨著飛把(Fly-Bar)進行水平或垂直的振動，以趕走反應所產生的氣體如鎳槽中之氫氣。各種擺動振動方式中，以氣壓缸頂高2-3cm後，再以自由落體摔下之瞬間撞擊最為有效，盲孔板甚至要全線各槽都要加裝這種氣壓缸。,由於掛架會不斷的上下進出各槽液，故死角處與橫樑朝上的面積，皆應儘量減少，以避开些許鈀液搭便車而帶入鎳槽，造成掛架各朝上外表的長鎳。這種不坚固的碎屑很简洁落入鎳槽或金槽，經常會帶來不少額外的麻煩。一旦連掛架之側面也鍍了鎳時，則須以20-30%的稀硝酸進行“削掛架”；不過削後的塗料外表會變得粗糙，後續就更不客氣的上鎳上金了。全天操作的新掛架，業者經驗是2-3個禮拜後就開始長鎳長金，長的太快或破損者皆應重新塗裝。,2024/11/19,32,微蝕及鈀活化,微蝕不行過久太強，以防對“綠漆設限”的底銅造成刨根的小動作。微蝕後的水洗也不行太久，以防再次過度氧化。,鈀槽中Pd+正常濃度量僅數十ppm，室溫25-30操作時呈現“維大力”汽水般的淡黃色。銅面長鈀亦屬置換作用，當然就會發生Cu+污染。密線路板類處理時其鈀槽含銅量不行超過100ppm，一般板子也應低於300ppm。一旦超出較多時即應棄槽，以免造成後續長鎳不順甚至出現露銅。,任何顆粒進入鈀槽後都會吸鈀而成為固體鈀粒的懸浮。假设再附著於板面各銅墊的邊緣，就會出現“長胖”。故鈀槽須用1m 濾心強力過濾，補充液也要另採專用器皿，以防其他意外的污染。,倘微蝕液被帶入鈀槽時，銅面長鈀的速率就將變慢甚至缺鈀，使得後續的鍍鎳也啟動不良進而露銅。任何鎳藥水一旦落入鈀槽中，都將使得鈀離子被還原析出，而成為黑色金屬沉於水底或沾著槽壁，必要時只好換掉鈀槽。,2024/11/19,33,化鎳用不鏽鋼槽之保養,為了長期高溫80-86的安全操作起見，量產鎳槽幾乎全用不鏽鋼304或316建筑，100L至1250L大小場面都有。現行的正常治理，是當鎳金屬補充到了4個MTOMetal Turn Over，指建浴金屬量時就要換槽，通常全天量產者，1000L大槽只能維持三天，即告壽終正寢。,此時須马上換上備槽而繼續生產，並將舊槽藥水抽掉至線外，另行中和沈澱收集污泥之環保處理。而舊槽的“削槽”則需添加50%體積比(硝酸濃度至少350g/L)的強硝酸，溶蝕掉槽壁上的化鎳顆粒。同時也對不鏽鋼槽進行鈍化處理Passivation，以減少再被鍍上的機會。,許多金屬外表處理的教科書上，都說應另参加鉻酸CrO3才會有更好的鈍化效果。只惋惜PCB業界的現行廢水處理系統中，少有除鉻的功能，於是良藥也只好束之高閣。,正電性槽體防止長鎳-化鎳槽液中任何帶有負電性的物體，都會被化鎳所還原析附。一般操作中只要其負電位到-0.7V時，就難免釘牢鍍上。為了保護不鏽鋼槽壁與加熱器之不被裹脅，乃刻意使用外電源使帶有+0.9V的正電位，以免遭到化鎳的青睞。至於負極-0.9V者，則另接數根已鈍化的不鏽鋼棒，刻意使其在電鍍過程中犧牲上鎳。此種假鍍棒的佈局，可在大槽的對角各放一支，在液面較低的回水集流區也再加設一支。所施加之正電壓卻不行太高應1V以下，以防槽壁反遭電流與SO42-之盲目圍攻。,削槽洗槽的同時，還要用吸塵器將槽底的落屑去除。須知即使少許不起眼的金屑，在高溫鎳槽中就會變成強力的活化起鍍劑，小處不行不慎。,2024/11/19,34,化學鎳的反應電位,2024/11/19,35,防止槽壁析出的要領,1.分析鈍化用的硝酸濃度(至少350g/L, 鎳濃度不超過10g/L) 。,(硝酸不僅可將槽壁上的鎳剝落，且可使槽壁發生鈍化，假设硝酸濃度缺乏將達不到成效)。,2.使用手電筒確認硝槽後在槽底沒有殘留的鎳或金殘渣。並使用乾/濕洗塵器將任何金屬殘渣予以去除。,3.確認防析出整流器電壓(設置為0.9V)，且線路連接正確。,4.掛架和板子不行接觸槽底部或槽壁。,5.掛架需與槽體絕緣。,6.準備兩組掛架，一組用於生產，另一組備用(剝掛架) 。,7.不行使活性金屬(例如鐵、鋁、鋅、Pd等)進入鎳槽。,8.不行使用含氯的水來配製硝酸及化學鎳鍍液。,2024/11/19,36,Ni,2+,Ni,2+,Ni,2+,Ni,2+,H,2,PO,2,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,Ni,e,-,e,-,e,-,P,Ni,H,2,PO,2,-,P,防析出整流器,H,2,PO,3,-,+,陽極,陰極,-,+,-,鍍液中的另一個,電源供應器,2024/11/19,37,化鎳槽液的配製與治理 (1)硫酸,全部量產之化鎳配槽或添加補充，均須採用專業供應商的高濃度原液。在ISO-9000出貨品質的嚴加治理下，後續槽液品質出問題的機率並不高。倒是PCB業者為了調整pH值所参加的硫酸或氨水，反而令人捏把冷汗鈀槽也有一样的煩惱。常用試藥級的硫酸中約含鐵15ppm，ENIG操作之硫酸的含鐵量不行超過 0.5ppm，否則在 Fe+ Fe+的氧化過程中，鈀離子將順勢還原成為黑色粉末，到處沾附無窮紕漏。,2024/11/19,38,(2)純水,配槽或清洗所用之純水也要特別留意，由於純水中已不含殺菌的氯氣，故儲槽中很简洁生長黴菌。有時甚至連管路出口的龍頭內緣，都會因死的活的堆積太多厚厚而發黑。您假设不信邪，食指一摸即可真相大“黑”如假包換。一般長菌的純水槽壁，常會有油油滑滑的感覺。有菌的純水當然不能派上用場，金槽中尤其是“代誌大條”。,2024/11/19,39,(3)加熱與加藥,加熱區與加藥區最好都安排在過濾機出水口四周，以達到良好攪拌與盡情分散的效果，避开造成三大參數的劇烈變化，減少鍍層的異常演出。,2024/11/19,40,(4)進槽的污染,板面直立進出槽液時，其通孔本身卻是個個橫躺，前處理各槽液一旦被帶入時小孔深孔尤甚，高溫脹鬆下勢必紛紛開溜，不但污染鎳槽本身，而且PTH四周的銅環銅墊，正常發育的鎳層也將遭到壓抑。,2024/11/19,41,(5)三大參數,化鎳沈積的pH4.5-4.8，液溫80-86，與浴負載Loading Factor 0.3-0.6dm2/L，不行低於0.2也不行超過1.0，是主宰反應快慢的三大參數，必須採用周密儀器，執行自動添加與全程監控。且應定時線外分析進行比對其數據量產者每班一次。,凡此三參數上升者，都可能因過度活化而長胖因其主還原劑NaH2PO2次磷酸二氫鈉，要在高鹹中活力才會強；反之三大條件缺乏時，亦將會導致起鍍不良甚至表演露銅。老手們都有這種經驗，每天一大早的第一架，總是偶而洩氣露銅不給面子，彷彿是神不守舍沈睡未醒一般。在第一掛的犧牲打Dummy plating之後槽液中充滿氫氣時，才會逐漸賞臉出現活性。此等充滿氫氣士氣大振的故事留意Loading太低者也不易反應，早在化學銅的操作中就已有歷史記載。不過對於金槽而言，此種打氣加油則大可不必了。有經驗的業者甚至還設計了Dummy plating專用程式。,2024/11/19,42,(6)筆鍍救板,一旦少許一兩個墊面露銅而造成全板報廢的話，實在是暴殄天物特别惋惜。某些情況下也許可採刷鍍或筆鍍方式Stylus plating搶救回來。所用藥水可採ENIG者或專用電鍍藥液，當然其金面之色差是在所難免，最好先向客戶說明，取得諒解下才再放行出貨。,2024/11/19,43,浸金製程治理,g/L。一般之銅污染不行超過5ppm，一旦少許清潔銅墊在全無鎳面覆蓋之下，很可能在金水中也發生銅與金的置換，進而造成銅份溶入。當金水中的銅污染量增多時，會常出現金面異常而呈現較紅的色澤，使得金與鎳之間的密著力也會變差。ENIG的某些焊墊假设出現霧霧暗暗時，就可能是無鎳的金面。倘有懷疑時，可用剝金液剝除金層，是鎳是銅自必一目了然。,2024/11/19,44,金槽建浴用純水或回收槽純水,一旦發霉即表已有多量的黴菌帶入。此時金水中原配方的有機酸錯化劑，加上黴菌代謝的有機物，將使得金水活性更強，其聯手腐蝕的化鎳層，下場當然很慘。回收水中雖然不會再出現置換反應，但其中的菌類與有機酸的相互幫忙打氣，以賈凡尼效應的助虐，仍旧會透過金層疏孔而對底鎳繼續猛咬，不斷造成鎳層的暗中氧化，遲早會引發黑墊。想要免於恐懼避禍求福，最好的辦法就是換掉回收槽，品管嚴格的大廠，幾乎隔天就換少惹麻煩。,2024/11/19,45,後製程,回收之後的徹底水洗，早期多半採60 的熱水連續沖洗，及吹乾前的熱純水過門。由於因水溫經常缺乏是否為了節省本钱？，水質太髒，反而造成乾燥後金面的發紅。為了徹底杜絕後患，目前業者在ENIG線內之回收與浸洗出槽後，马上逐片改成水平連線的冷水沖洗與純水漂淨，再以清潔的熱風快速吹乾，務必要使活性尚未停留的ENIG，減少再遭賈凡尼式的持續腐蝕。,2024/11/19,46,ENIG,完工之後,ENIG完工之後，還要執行運輸、暫存、白字印刷、切外形與品檢等後流程，當然最後仍需用到水平連線的清潔工作。此等看似等閒的洗水與乾燥，也應按部就班以避开後底鎳繼續氧化，減少金面變色發紅。疑似變紅者只要用手指摸摸還會變得更紅，連橡皮都擦不掉。較嚴重者其底鎳可能早已變黑了。,2024/11/19,47,歸納整理,1.氧化銅太厚：,過度烘烤、溫濕疊板、環境不良放置太久。,2.過程污染：,殘留IMC、毒藥附著、硫醇作怪、綠漆溶入鎳槽、,顯像殘膜、顯後水洗不良、吸水滾輪太髒。,3.活力太弱：,久洗鈍化、負電性缺乏、鎳槽未醒、三大參數太低。,露銅Skip plating,2024/11/19,48,1.蝕刻不良 ：留有殘足。,2.活力太強：三大參數太高、鈀後水洗缺乏、,大跳貼臉舞、活性粒子附著。,3.銅粉殘留 ：墊邊長胖、嵌入綠漆。,長胖Extraneous Plating,2024/11/19,49,1.底鎳不良：底鎳過度置換產生黑墊，致金面變暗。,2.金面異常：金水遭銅污染、黴菌污染金水與,回收水、後段水洗缺乏、後流程污染、,終洗不良、溫濕疊板。,3.後段製程污染及保存不良,變色Tarnishing,2024/11/19,50,