【正文】 前許多臺灣有名的大廠，均發(fā)現(xiàn)過 后續(xù)偶發(fā)性的焊點強度不足，焊后一兩個月甚至更短的時間內(nèi)，即發(fā)現(xiàn)少許焊點裂開及 鎳面發(fā)黑的 Black Pad 問題。 其 實此黑膜是氧化鎳 (NixOy)之復(fù)雜組成，根本原因是化鎳表面在進(jìn)行浸金置換反應(yīng)之際，其鎳面受到過度氧化反應(yīng) (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(guī)則沉積，與其粗糙晶粒之稀松多孔，形成底鎳?yán)m(xù)經(jīng) “ 化學(xué)電池效應(yīng) ”(Galvanic Effect亦稱賈凡尼效應(yīng) )的強力促動，而不斷進(jìn)行氧化老化，以致在金面底下產(chǎn)生未能溶走的 “ 鎳銹 ” 所繼續(xù)累積而成。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采用 ENIG 做為焊錫 “ 突塊 ” （ Solder Bump）的著落點。 由于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(nèi)容完善者，按作者及所屬公司的不同而簡述于后，讀者有興趣欲進(jìn)一步追究時，可直接閱讀大量之原文數(shù)據(jù)。本文對黑墊的形成說明甚詳，其要點如下： 原理性說明 ENIG 可焊層所形成的焊點（ Solder Joint）是生長在鎳層上（即形成 Ni3Sn4 的 IMC），而浸金之薄層（ 24 m）于焊接過程中會迅速溶入錫體之中。但由于金層疏孔極多，在并不密實的結(jié)構(gòu)下仍可緩慢進(jìn)行反應(yīng)。 所見八種置換模式的說明 采用 SEM（掃瞄式電子顯微鏡）搭配 EDS（能譜儀） ， Auger Spectroscopy（歐杰氏光譜儀），F(xiàn)IBM（聚焦性離子束微測頭； Focus Ion Beam Micropobe）等儀器，對 ENIG 進(jìn)行仔細(xì)的表面分析，說明化鎳層（鎳原子）在金水中所產(chǎn)生的氧化性溶解，同時出現(xiàn)金氰錯離 子的負(fù)電性還原，而沈積成為金原子等反應(yīng)的結(jié)果，該文以 8 張高倍顯微照片敘述其置換經(jīng)過的模式： (1) 金水攻咬鎳層表面之結(jié)晶；只針對球狀鎳晶交界面之軟弱處進(jìn)行攻擊，側(cè)視方向可看出其深入程度約占晶球直徑的 1/4。 (5) 鎳磷合金的球狀結(jié)晶體受到金水圍攻，截面可見到其四周及底部界面處俱已滲入。此現(xiàn)象只要選擇良好的剝金液將金層去除掉后，底鎳零星散布的黑墊立即一目了然無所遁形。至于為何此種過度反應(yīng)只在局部區(qū)域偶而生，則自始至終無法完全模擬重現(xiàn)出來，以致其故障模式（ Failure Mode）與真正原因至今未明，上述說理也只是想當(dāng)然爾。一般新配槽液所鍍鎳層之含磷量約在 5~6%左右，到了 5~6MTO 以后平均將會增加到 9~10%， 目前較保險的作業(yè)規(guī)范是控制其含磷量在7~9%?？赡苁怯捎谠摰群笁|之電場（ Electric Field）或擊發(fā)電荷（ Trigger Charge）較強，造成金水的攻擊特別猛烈，為證明此假想的可能性，于是就設(shè)計了下述的實驗。 (c)情況則是刻意使其焊墊具有正１伏特的正電性，在加強氧化下其鎳面亦如立竿見影 般悉數(shù)出現(xiàn)黑墊，如下圖 18 中右側(cè)四個黑墊及其放大之畫面（圖 19 及 20）。由于噴錫與 OSP 制程在焊接中所形成的 IMC 為 Cu6Sn5，且又未遭其它不純金屬（如金、銀等）的熔入而污染，故所表現(xiàn)出的強度自然最好。 ENIG 所得 Ni3Sn4 先天不足之 IMC 使然，即使強度再好也不會超過噴錫與 OSP。本文亦從模擬實際板的焊接及拉脫著手，而仔細(xì)觀察黑墊的成因。 圖 ，摧枯拉朽莫此為甚右為移走零件腳后的墊面黑垢，災(zāi)情嚴(yán)重下場凄慘。 曾用 XRF 量測實驗板上 QFP 與 BGA 等總共 239 個焊墊，以及通孔環(huán)面的鎳厚與金厚，發(fā)現(xiàn)鎳厚的變化很大（ 75 in224 in），金厚的落差也不少（ in）。嚴(yán)重時甚至發(fā)生鎳與金之間出現(xiàn)多層交互堆積的現(xiàn)象，進(jìn)而妨礙 IMC 的生成并導(dǎo)致焊點強度的脆弱不堪。故知在焊接的瞬間，薄薄的金層（ 24 in）早已消失而進(jìn)入焊錫的主體去（通常原子數(shù)之含量約為 %之間，一旦超過 %時焊點會變脆），使得鎳與錫會在較慢速度下形成 IMC 而焊牢。對 QFP 焊墊而言，甚至還會出現(xiàn)來自底層 Cu6Sn5 的銅錫 IMC，使得原本附著力低落之焊點變得更加軟弱。之后再添加新鮮的焊錫使形成良好的 IMC，進(jìn)而再造可焊接的全新基地。全文內(nèi)容除說明黑墊之為害與可能成因外，并試圖找出黑墊的真正機理（ Mechanism），也就是： （ Galvanic Effect），其細(xì)節(jié)到底為何？ ，并讓金水中操作的化鎳層，刻意在其表面積大小上加以變化，然后觀察其所引發(fā)的電性效果， （ Complexing Agent） ，分析其所產(chǎn)生置換速度的不同與其他影響；并對金沈積的速度加以控制，而試圖避免黑墊的發(fā)生。 “底膠 ”（ Underfill）之補強，無法減少或吸收應(yīng)力所造成的傷害。 建議化鎳的起碼厚度為 160 in，因當(dāng)鎳厚不足時其瘤狀結(jié)構(gòu)之起伏落差過大，將使得金水攻擊界面的效果更猛，甚至可能會穿過鎳層而到達(dá)銅面，如此難免使得后續(xù)的焊點強度更加有問題。 圖 42 浸金制程中刻意加速其置換速度者，將出現(xiàn)金層的浮離或起泡，千萬別忘了 “欲速則不達(dá) ”的老詞。 圖 PTH中一旦被綠漆堵塞則孔壁必然露銅，于是鎳后的浸金中，將使所連通到板面的小型焊墊上長出黑墊。但槽中的 的自由鎳板，則只進(jìn)行常規(guī)性的置換反應(yīng)，而令其當(dāng)成評比的參考。故生產(chǎn) 中要注意其加熱器附近，或調(diào)節(jié) pH 的加藥區(qū)附近，是否會出現(xiàn)參數(shù)劇變的效應(yīng)。 2. 鎳層之含磷量（ by Wt）。錯化劑的第二功用是當(dāng)成置換反應(yīng)的加速 “剝鎳劑 ”（ Nickel Stripper），故知咬鎳太快時，當(dāng)然就免不了會產(chǎn)生鎳的黑墊與金層的過度堆積。負(fù)電位愈強時鎳金屬的氧化能力愈弱（或金的還原性愈差）。第三種的咬鎳速率極慢，即使浸鍍 30 分鐘所得之金層也只有 in 而已，故并未發(fā)現(xiàn)鎳面之黑墊。 2. 當(dāng)板面之小銅墊已有導(dǎo)線連通到大銅面（比例達(dá) 16:1）時，則在后續(xù)鍍金的過程中，會在小墊上發(fā)生異常溶鎳與沈金的劇烈反應(yīng)（尤其所連者為鍍不上鎳裸的銅面時），極有可能發(fā)生黑墊，此即賈凡尼電化學(xué)作用的明證。 其他有關(guān) ENIG 之論文摘要（略） 另外 6Shiply 曾在 2021/10 的 Circuitree 有一篇文章，提到鎳層的卵石狀結(jié)晶是源自銅面的微粗化與具瘤狀的活化鈀層（上村公司亦有相同的看法），此種瘤狀組織愈粗糙時，浸金時裂縫中的金愈少，造成面金與深溝中的電性差異，在賈凡尼效應(yīng)下對鎳的攻擊愈猛。 剝錫成裸銅板時要做得徹底，以免殘余錫或錫鉛層造成賈凡尼效應(yīng)對銅面的過度腐蝕。安定劑（ Stabilizer）的管控要按供貨商的規(guī)定，超規(guī)時將會發(fā)生漏鍍（ Skip Plating即露銅）或邊緣露銅現(xiàn)象。此種改善措施其減少黑墊的成效極為顯著，現(xiàn)將兩種不同金層之表現(xiàn) 綜合整理如下： 上村已研發(fā) 5 年的 TSB71 金水配方中，曾加入某些還原劑，使在鍍金的后半歷程中，不再是攻擊鎳而得到置換金（ Substitution），而是改采還原法得到了較致密的還原金層（ Reduction），對于難以捉摸的黑墊問題，目前已迎刃而解。一般 ENIG 均難逃此一靈敏檢驗，而 TSB71 卻無跡可尋。 圖 Dage 試驗機推球試驗之現(xiàn)場實物圖 ，左下為試驗之規(guī)格。右為比較各種可焊皮膜老化后焊接質(zhì)量的散錫能力試驗儀器。金層愈厚則界面品質(zhì)愈差，而焊點也愈形脆弱。須知愈烤則 IMC 愈厚而焊錫性也將愈糟，桿面扙吹火豈有通氣之理？其實當(dāng)年 PTH 板類的焊前先烤只是想要趕走孔壁破洞的吸濕而免于吹孔（ Blow Hole）而已。下游資淺用戶所常念的緊箍咒 “別家都很好就是你不行 ”！這種程咬金三釜頭的老套， 用久了不但會破綻穿綁，更曝露了自我的低能與無知。至于浸錫則因配方中難以取代的硫 （ Thiourea），會傷害板感光型的綠漆，而衍生極多的后患，造成板面離子污染度的大增，而讓下游客戶們擔(dān)心受怕難以