化镍浸金失宠的背景

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化镍浸金失宠的背景 [复制链接]

ENIG兼具可焊接、可觸通、可打線，與可散熱等四種功能於一身，一向是各種密集組裝板類的寵兒，並早已成為其他表面處理所無法取代的地位。曾幾何時，當筆記型電腦之主機板與後起的電話手機板上，其BGA或CSP焊墊既多又小之際，ENIG即逐漸發生焊錫性的欠佳，焊點強度（Joint Strength）不足，焊點後續可靠度低落，甚至焊點裂開分離後，還會出現黑色鎳墊（Black Pad）的種種的災難，均令生產者又恨又愛，無詞以對有苦難言。 圖10.左為ENIG焊後最常發現黑墊的災區，集中在BGA元件腹底組裝板的球墊上，手機板上CSP的微墊更加糟糕。右為“能譜儀”ESD分析黑墊中發現正常鎳面的含磷量為Wt4.6%，而黑帶區卻高達9.8wt%。 美國業者(多半為下游組裝者)為了從根本上通盤改善ENIG的品質起見，著名的ITRI(互連技術研究協會)曾在1997.8月組成了一個專案研究改善的聯盟（Consortium），共有22家相關業者參與(PCB及PCBA業者與藥水供應商)，希望能在特殊考試板(Test Vehicle)的小心模擬下，找出故障失效（Failure）的真正原因。然而5年來雖經眾人不斷努力，非但所得有限而且評比上也乏善可陳。經數度IPC Show之Proceedings以及其他期刊中，已發表20多篇的大型論文中，實在看不到其真正原因與徹底解決的辦法，細讀之餘仍然是一頭霧水混沌難清。唯一可行的笨方法，就是縮短化鎳與浸金等槽液的使用期限，至於其等減壽的幅度如何，則端視其產品的位階檔次而定。 　　筆記型電腦主板所採用的ENIG，三四年前許多台灣有名的大廠，均發現過後續偶發性的焊點強度不足，焊後一兩個月甚至更短的時間內，即發現少許焊點裂開及鎳面發黑的Black Pad問題。其慘遭滑鐵盧割地賠款之痛苦歷史，至今餘悸猶存。瘟疫所及敢說無人無之。某些天真到近乎無知的下游客戶與外行的PCB業者，起初竟以為黑膜是碳成份的累積所致，因此還勞師動眾認真檢討不已，其之大膽程度實在不敢恭維。 其實此黑膜是氧化鎳(NixOy)之複雜組成，根本原因是化鎳表面在進行浸金置換反應之際，其鎳面受到過度氧化反應(金屬原子溶成金屬離子其原子價升高者，稱為廣義的氧化)，加以體積甚大金原子的不規則沉積，與其粗糙晶粒之稀鬆多孔，形成底鎳續經“化學電池效應”(Galvanic Effect亦稱賈凡尼效應)的強力促動，而不斷進行氧化老化，以致在金面底下產生未能溶走的“鎳鏽”所繼續累積而成。前述的笨辦法(例如化鎳槽由原先的6個MTO縮短到目前的4個MTO)，也只能減輕其正常置換以外的不良之症狀而已，完全無法徹底根除黑墊的偶發與存在。 　　這種越做越怕而提早換槽的主要目的，就是在縮減槽液中的H3PO4累積量，維持其鍍層中的正常含磷量(7-9%)，使保有較好的焊錫性與抗氧化性（與抗蝕性並不完全相同），期能減輕被高溫金水過度攻擊的程度，甚至延緩後續Galvanic效應的醞釀發酵。說穿了這也只是一種無可奈何之下勉強可行的做法罷了。如今不但手機板上各種大小焊墊幾乎全靠它，甚至連著名CPU用的覆晶（Flip Chip）式封裝載板，其各獨立覆墊上也不得不採用ENIG做為銲錫“突塊”（Solder Bump）的著落點。據說其化鎳槽液的壽命更已縮短到了不足3個MTO，金水中的鎳污染含量亦應拉低到500ppm以下，甚至還將純置換式的鍍金層，不惜成本的更改配方為半置換半還原式的複合金層（如上村的商品TSB-71），以減少後續黑墊災難的發生。 圖12.左為CPU用高精密FC載板之球腳底面，中為該覆晶區長有銲錫突塊的正面，右為檢查ENIG 球腳承墊，經植球後所具銲點強度之推球剪力試驗(Ball Shear Test)。是檢驗ENIG高階用途的有力工具。 　　由於各種深入研究之報告極多而無法一一詳述，故只能慎選其內容完善者，按作者及所屬公司的不同而簡述於後，讀者有興趣欲進一步追究時，可直接閱讀大量之原文資料。