化鎳浸金焊接黑墊的探究與改善-資料下載頁(yè)
2025-04-08 13:35本頁(yè)面
【正文】 的1/4，甚至當(dāng)金層已進(jìn)行覆蓋之際，由於本身疏孔太多，以致於擋不住氧化鎳的上下生長(zhǎng)而形成大片黑墊。最後雖被較厚金層所蓋滿，但其夾層中的薄金層仍清晰可見，此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)縮錫（Dewetting）的效應(yīng)。由上述精密儀器所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果看來，黑墊的形成是由於金水活性太猛，造成鎳的氧化速度遠(yuǎn)超過了金的還原，氧化鎳未能全數(shù)水解之前即被金層所披覆，去路被阻之際只好以黑墊方式附積在金層之下。至於為何此種過度反應(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。雖然如此但卻也觀察到了某些邏輯性的現(xiàn)象，以下即再試圖從原理探討上加以敘述。(9) 從底部之放大黑鎳表面可看到，其結(jié)構(gòu)是一種有裂紋的黑泥狀組織(見下圖17左上畫面)，並從3萬倍以上的SEM相片看出鎳層組織並不密實(shí)，也幾乎沒有存在著形成銲點(diǎn)所必須的IMC（Ni3Sn4）。此時(shí)之含磷量已超過10%，證明所操作的化鎳槽液已十分老化了。一般新配槽液所鍍鎳層之含磷量約在5~6%左右，到了5~6MTO以後平均將會(huì)增加到9~10%，目前較保險(xiǎn)的作業(yè)規(guī)範(fàn)是控制其含磷量在7~9%。磷量低時(shí)容易形成IMC，故焊錫性較好，磷量較高時(shí)焊性雖較差，但耐蝕性卻較好，不過因過氧化物而產(chǎn)生的黑墊卻反倒未見減少。(10) 再用FIBM觀察某些黑墊區(qū)的斷層組織，發(fā)現(xiàn)各球狀鎳晶之界面均已被金水所深深刺入(見下圖17之右二畫面)。但此種異常並非隨機(jī)任意分佈，而是集中在某些特殊的焊墊表面?？赡苁怯伸对摰群笁|之電場(chǎng)（Electric Field）或擊發(fā)電荷（Trigger Charge）較強(qiáng)，造成金水的攻擊特別猛烈，為證明此假想的可能性，於是就設(shè)計(jì)了下述的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是將一個(gè)8層板，於板邊某些電容器所屬面積稍大之兩焊墊，各焊接上一條細(xì)線並引出水面，在進(jìn)行“浸金”作業(yè)的同時(shí)，刻意設(shè)計(jì)三種試驗(yàn)：(a)兩引線任其自由(b)將兩引線相連（意指兩墊中必有一墊是通往Vcc或Gnd的大銅面上去）(c)將兩線分別接到外電源的正1伏特上去；然後即進(jìn)行一般性的ENIG及觀察剝金後的鎳面。於是在(a)的情形下可見到其浸金層出現(xiàn)前述圖10到圖11的正常置換反應(yīng)。而(b)情況可只見到如同前圖10中兩畫面之模式，由於已接到內(nèi)層的 大銅面去，故可使得二鎳面稍呈負(fù)電性，而抑制了金水的過度攻擊，因而只出現(xiàn)較輕度的置換反應(yīng)，並未發(fā)生黑墊。(c)情況則是刻意使其焊墊具有正１伏特的正電性，在加強(qiáng)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(gè)黑墊及其放大之畫面（圖19及20）。但圖18中另外連到Ground的5個(gè)橘色墊面，則因已帶有負(fù)電性而有利於金的沈積，即使鎳層係於正常速度進(jìn)行溶蝕者，但帶正電的金氰錯(cuò)離子卻因其加速還原，而過度堆積成為巨大晶粒的金面（其晶粒約為正常浸金的1000倍，見圖22及23），故而形成橘色的粗糙外觀。 (11) 為了更進(jìn)一步瞭解鎳面的黑墊情形，刻意將鍍後的金面再用氰化物溶液予以剝除，從已被金水咬過的底鎳面上，原子分別可看到下列四種不同的放大情形。 上週與網(wǎng)友分享白蓉生老師的大作──「化鎳浸金焊接黑墊之探究與改善」(上篇)之後，其實(shí)Black Pad的真因(Root Cause)已經(jīng)呼之欲出，換言之，若槽液中H3PO4出現(xiàn)快速累積，而使鎳面的含磷量超過正常範(fàn)圍之後，就會(huì)助長(zhǎng)IMC效應(yīng)，使鍍金層下的鎳面不斷氧化，而Black Pad也隨著時(shí)間變化而日益明顯。因此改善之道無他，精通學(xué)理之後，做好製程管制即可，這樣不但可遠(yuǎn)離Black Pad的糾纏，更可享受價(jià)廉物美的好處?！笗凶杂悬S金屋」真是不假，願(yuàn)PCB界的朋友彼此共勉！
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