化鎳浸金焊接黑墊的探究與改善(編輯修改稿)
2025-05-05 13:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對於銅孔的補(bǔ)強(qiáng)，使得互連兼散熱或只做散熱者，等長期任務(wù)皆可達(dá)成。中圖為當(dāng)年TAB式Pentium1之320腳CPU，採Super Solder法焊墊的十層板，其中央方塊ENIG皮膜區(qū)，花費(fèi)當(dāng)然很貴。為了降低成本，乾脆打掉所有窗櫺改成喏大個(gè)方門（右圖），不但便宜而且散熱還更方便。奇怪，早幹嘛去了？ 二、化鎳浸金失寵的背景 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(shí)，當(dāng)筆記型電腦之主機(jī)板與後起的電話手機(jī)板上，其BGA或CSP焊墊既多又小之際，ENIG即逐漸發(fā)生焊錫性的欠佳，焊點(diǎn)強(qiáng)度（Joint Strength）不足，焊點(diǎn)後續(xù)可靠度低落，甚至焊點(diǎn)裂開分離後，還會出現(xiàn)黑色鎳墊（Black Pad）的種種的災(zāi)難，均令生產(chǎn)者又恨又愛，無詞以對有苦難言。，集中在BGA元件腹底組裝板的球墊上，手機(jī)板上CSP的微墊更加糟糕。右為“能譜儀”%，%。美國業(yè)者(多半為下游組裝者)為了從根本上通盤改善ENIG的品質(zhì)起見，著名的ITRI(互連技術(shù)研究協(xié)會)（Consortium），共有22家相關(guān)業(yè)者參與(PCB及PCBA業(yè)者與藥水供應(yīng)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(jīng)眾人不斷努力，非但所得有限而且評比上也乏善可陳。經(jīng)數(shù)度IPC Show之Proceedings以及其他期刊中，已發(fā)表20多篇的大型論文中，實(shí)在看不到其真正原因與徹底解決的辦法，細(xì)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(chǎn)品的位階檔次而定?！ 」P記型電腦主板所採用的ENIG，三四年前許多臺灣有名的大廠，均發(fā)現(xiàn)過後續(xù)偶發(fā)性的焊點(diǎn)強(qiáng)度不足，焊後一兩個(gè)月甚至更短的時(shí)間內(nèi)，即發(fā)現(xiàn)少許焊點(diǎn)裂開及鎳面發(fā)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(yè)者，起初竟以為黑膜是碳成份的累積所致，因此還勞師動(dòng)眾認(rèn)真檢討不已，其之大膽程度實(shí)在不敢恭維。其實(shí)此黑膜是氧化鎳(NixOy)之複雜組成，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(jià)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，與其粗糙晶粒之稀鬆多孔，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(qiáng)力促動(dòng)，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“鎳鏽”所繼續(xù)累積而成。前述的笨辦法(例如化鎳槽由原先的6個(gè)MTO縮短到目前的4個(gè)MTO)，也只能減輕其正常置換以外的不良之癥狀而已，完全無法徹底根除黑墊的偶發(fā)與存在?！ ∵@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(79%)，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(xù)Galvanic效應(yīng)的醞釀發(fā)酵。說穿了這也只是一種無可奈何之下勉強(qiáng)可行的做法罷了。如今不但手機(jī)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(dú)立覆墊上也不得不採用ENIG做為銲錫“突塊”（Solder Bump）的著落點(diǎn)。據(jù)說其化鎳槽液的壽命更已縮短到了不足3個(gè)MTO，金水中的鎳污染含量亦應(yīng)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TSB71），以減少後續(xù)黑墊災(zāi)難的
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