【正文】 之美國分公司（即原先之 Chemicut 著名蝕刻機業(yè) 者） Kuldip Johal 發(fā)表于 IPC 2021論文集中，編號為 S1041 共 8 頁，計有 22 個圖及 5 個表。 ，尤其是超過 5 in者。此時所見不但沈積的金層太厚，而且金水還已向鎳瘤之界面處深深刺入，此種激烈的置換反應自必為害甚巨，經(jīng)驗上刺入深度最好不要超過鎳厚的 30%。金層太厚當然是來自鎳層已遭強烈的攻擊，這正是黑墊形成的主因，故金厚度宜訂為 25 in。為探知此種因素與化學電池之關(guān)連性，于是ATO 公司就設計一項簡單的實驗而設法模擬黑墊的生長過程。由于銅面安定性比鎳面要好（也就是鎳比銅更活潑），故在金水中置換反應的競爭下，銅會強迫鎳加速氧化而讓金的沈積也變快。 pH 等參數(shù)的變化，兩者愈高則厚度也愈厚。 酸性金水中錯化劑（ Complexing Agent）對黑墊所產(chǎn)生的影響 從多方面的數(shù)據(jù)看來，浸金層太厚時（ 5 in 以上），當然會造成底鎳的過度腐蝕，除去溫度與時間等基本鍍金操作參數(shù)外，金層的沈積速率還與其他幾種參數(shù)有關(guān)，即： 1. 底鎳的表面形態(tài)（ Morphology）。換言之就是錯化劑會捉住游離的 Ni++而形成仍然可溶的錯離子（ Couplex ion），如此方不致在金面上出現(xiàn)顆粒附著性的金面污染。 該針對 Complexor 實驗的做法，是將浸在金水中的鎳面與另一金線相連，其間并跨接一個精密電位計于其間，于是在溶鎳沈金的置換過 程中，同時可測出鎳面 “ 負電位 ”（ Electronegative Potential）的大小。 上述實驗還看到了另一事實，那就是當金水使用了前兩種錯化劑，只要沈金厚度超過 6 in時，其剝金后的鎳面都會發(fā)黑。為了降低金水對鎳層的過度傷害，以便減少黑墊的發(fā)生與改進焊點強度起見，金層厚度不宜超過 5 in，最好控制在 到 in左右。以上各實驗及所得結(jié)果均是針對 ATO 的槽液而言，其他藥水是否有相同的結(jié)果則不得而知。 圖 ，右為厚度 160 mm以上較均勻的表面 。 鍍鎳的速率要放慢以減少瘤狀與深溝，操作中的 pH 要控制在 的范圍（不可冷后再測），液溫也要在 1℃ 之內(nèi)。 四、半置換半還原金層對黑墊的改善 日本上村（ Uyemura）曾在 IPC 發(fā)表多篇有關(guān) ENIG 焊錫性及焊點強度的文章，最有創(chuàng)意的是更改配方為半浸鍍及半還原的復合金層（商名 TSB71），以減少對鎳層的過度攻擊。 上村曾用氰化物將兩類鍍金層同時剝除，除比較其鎳面是否有黑墊黑點等目視缺點外，并利用 ESCA（ Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）去分析鎳層瘤狀結(jié)晶，偵測其界隙中是否藏有深深刺入的微量黃金。甚至還將兩類試樣分別在1N 的鹽酸浸泡 6 小時，再于其惡劣老化之后進行 Dage 測儀的推球 剪力試驗，所得結(jié)果不但優(yōu)劣立判而且數(shù)據(jù)相差很大。 圖 ，兩種金水中在溶鎳量上的比較，輕咬的鎳當然黑墊機會也會少。 五、全文總結(jié)論 1. ENIG 中金層的用途只是在保護鎳層免于生銹而已，并未參到焊點結(jié)構(gòu)中去。 2. 有關(guān) SMT表面焊裝的板類，不宜再繼續(xù)早年通孔插裝年代的 “烤板政策 ”，認為板子要先烘烤其焊錫性才會良好， 此種想法并不正確。雖經(jīng)眾多賢者們的長期努力，但真正成因則至今未明。其中含有機物的浸銀層不耐老化 ，且制程穩(wěn)定度尚差， 二次焊接也幾乎全軍覆沒！加以成本不低，故大規(guī)模流行的機會不大。 。且其量產(chǎn)管理經(jīng)驗尚缺，意外經(jīng)過高溫或長期不良儲存者，表面的薄錫一旦與底銅轉(zhuǎn)化為 IMC 層，則對后續(xù)焊錫性將造成永久性的傷害。業(yè)者避禍求福的可行辦法只有減少鎳槽的壽命至 4MTO，并加強金槽管理與減少污染之嚴格把關(guān)，或根本改用半置換半還原另類鍍金之上策，以求高枕無憂一勞永逸。然則孔壁的 Void 不從鉆孔與鍍孔上去根本改善，反倒是到了焊接的臨頭才來亂烤一通。 千萬勿再自作聰明以為金層愈厚愈好， “咸鴨蛋是咸鴨子生的 ”這種老師傅型自以為是的歪理，實在不敢恭維！ BGA 組件載板的電鍍鎳金層，全系外加電流所沉積，從無置換反應，當然也就不會有鎳面發(fā)黑的道理。 再利用 “ 散錫能力 ” （ Solder Spreading）來比較兩者之焊錫性，亦可明顯看出 TSB71 之底鎳層，在未遭蹂躪 下的優(yōu)異焊錫性。右為新型半置換半還原之浸金與傳統(tǒng)浸金金，兩種浸酸后推再球所得數(shù)據(jù)的優(yōu) 劣對比。 圖 ：左為置換與還原合并之金層其底鎳十分完好；右為一般浸金層，甚底鎳已出現(xiàn)黑點黑線了。除了金價以外其他成本約上升 倍，此種高價對于 FCBGA 等高階封裝板尚可忍耐，一般產(chǎn)品（如手機板或卡板等）將不易負擔。金水的溫度與濃度也舉足輕重，溫度太高與金量太小將會造成鎳層的過度腐蝕與 金層覆蓋太慢太薄，黑墊發(fā)生的機率當然就會上升。綠漆的硬化必須完善，以免綠漆在高溫鎳水與金水中遭到漂洗（ Leaching）。但當化鎳層愈 厚時表面也愈平滑（通常要求應在 160 in 以上），以減少局部過度腐蝕與造成黑墊的機會。不過此現(xiàn)象在第二次實驗的大小鎳面上，卻又未能再次出現(xiàn)。第四種無錯化劑者則根本不會發(fā)生置換反應。ATO 公司選用三種錯化劑及無錯化劑之金水試樣（金含量均為 2g/l 及 ），按一般條件去進行鍍金，下圖 45 及表 5 即為其實驗數(shù)據(jù)與實驗架構(gòu)。但不含錯化劑時又很難鍍上金層，所以如何慎選慎用錯化劑是浸金制程成敗的關(guān)鍵。 3. 金水中所采用錯化劑的不同。 pH 之左右外，鎳層之含磷量也會發(fā)生 1%的變化。共做 9 次實驗后所得資料如后頁之表 4： 圖 。 如下圖，使用兩條鍍過化鎳與一條裸銅的樣板，并對裸銅面積則刻意加以變化。 待鍍面由于賈凡尼電性的差異而形成黑墊者，已從實驗中模擬出來，此點堪稱是補充 ITRI 項目計劃所未能全然達成的目標，下述者即為其實驗經(jīng)過： QFP 焊墊之不良品或已有黑墊者，有許多是連通到較大面積的 PTH，猜想可能置換 反應的快慢強弱與賈凡尼電性有關(guān)。 圖 100mm 薄鎳層其眾多溝紋之外觀，右為厚度 200 mm以上晶瘤變大溝紋減少的改善畫面。一般而言由于黑墊發(fā)生機遇率很低，且其參與的因素又很復雜，致使真正的根本原因至今尚未水落石出 圖 ENIG焊墊，經(jīng)氰化物剝金后，變質(zhì)的不良鎳面立即原 “黑 ”畢露無所遁形。以下即為其重點之整理： 板面 BGA 或 CSP 圓墊焊點強度不足，甚至后續(xù)出現(xiàn)黑墊的原因可能有四； （ CTE）之差異而拉裂，由于載板本身之板材為 BT 而具較高的Tg，且所鍍之皮膜為真正直流電的電鍍鎳金，而非化鎳浸金的置換反應，少了磷的干擾與黑墊的攪局，其焊點強度自然要比 ENIG 優(yōu)異甚多。 Celestica 公司曾做過一些勾腳（ JLead）焊墊的重工，發(fā)現(xiàn)再焊后的焊點強度都很堅固，其 IMC中發(fā)現(xiàn)有 Ni3Sn4 及 Ni3Sn2 兩種頗強的結(jié)構(gòu)存在。幸好 BGA 電鍍鎳金載板的球腳中，從未發(fā)現(xiàn)銅的存在而得以幸免此一另類疾病。 在鎳表面形成焊點的 IMC 是以 Ni3Sn4 為主體，而且在錫鎳界面之間還會緩慢的長厚。 圖 ，右為浸金后金原子取代了自由能較高的鎳 地盤，而成為交互積層的怪異現(xiàn)象。通常鎳薄處金層會較厚，尤其在各焊墊轉(zhuǎn)側(cè)壁的直角處更是異常。 （ 9%以上）的鎳層，以致在鎳金界面中形成的各種黑墊的惡果（即前文 中 Biunno 的發(fā)現(xiàn)）。并對 ENIG 的層次結(jié)構(gòu)深入探討，更值得的是尚就故障焊點與脫落組件提出了挽救的辦 法，是其他文獻所少見。想要自黑墊的陰影中全身而退也幾乎不可能。 2. 至于浸銀或浸錫兩種制程仍屬資淺，極薄的浸銀層（ 24 m）在焊接過程中將迅速溶入焊錫而消失，與 ENIG 的金層所表現(xiàn)出來的行為完全相同，只不過是 ENIG 的 IMC 是 Ni3Sn4，而 浸銀的 IMC 卻是Cu6Sn5 反倒較強而已。但圖18