本文主要對(duì)PCB表面處理工藝中兩種最常用制程：化學(xué)鎳金及OSP工藝步驟和特向進(jìn)行分析。

1、化學(xué)鎳金

1.1基本步驟

脫脂→水洗→中和→水洗→微蝕→水洗→預(yù)浸→鈀活化→吹氣攪拌水洗→無電鎳→熱水洗→ 無電金→回收水洗→后處理水洗→干燥

1.2無電鎳

A. 一般無電鎳分為"置換式"與"自我催化"式其配方極多，但不論何者仍以高溫鍍層質(zhì)量較佳

B. 一般常用鎳鹽為氯化鎳(Nickel Chloride)

C. 一般常用還原劑有次磷酸鹽類(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/聯(lián)氨 (Hydrazine)/硼氬化合物(Borohydride)/硼氫化合物(Amine Borane)

D. 螯合劑以檸檬酸鹽(Citrate)最常見。

E. 槽液酸堿度需調(diào)整控制，傳統(tǒng)使用氨水(Amonia)，也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)，除可調(diào)整PH及比氨水在高溫下穩(wěn)定，同時(shí)具有與檸檬酸鈉結(jié)合共為鎳金屬螯合劑，使鎳可順利有效地沉積于鍍件上。

F. 選用次磷二氫鈉除了可降低污染問題，其所含磷對(duì)鍍層質(zhì)量也有極大影率。

G. 此為化學(xué)鎳槽其中一種配方。

配方特性分析：

a. PH值影響：PH低于8會(huì)有混濁現(xiàn)像發(fā)生，PH高于10會(huì)有分解發(fā)生，對(duì)磷含量及沉 積速率及磷含量并無明顯影響。

b.溫度影響：溫度影響析出速率很大，低于70°C反應(yīng)緩慢，高于95°C速率快而無法控制.90°C最佳。

c.組成濃度中檸檬酸鈉含量高，螯合劑濃度提高，沉積速率隨之下降，磷含量則隨螯合 劑濃度增加而升高，三乙醇氨系統(tǒng)磷含量甚至可高到15.5%上下。

d.還原劑次磷酸二氫鈉濃度增加沉積速率隨之增加，但超過0.37M后槽液有分解現(xiàn)像， 因此其濃度不可過高，過高反而有害。磷含量則和還原劑間沒有明確關(guān)系，因此一般 濃度控制在O.1M左右較洽當(dāng)。

e.三乙醇氨濃度會(huì)影響鍍層磷含量及沉積速率，其濃度增高磷含量降低沉積也變慢， 因此濃度保持約0.15M較佳。他除了可以調(diào)整酸堿度也可作金屬螯合劑之用

f.由探討得知檸檬酸鈉濃度作通當(dāng)調(diào)整可有效改變鍍層磷含量

H. 一般還原劑大分為兩類：

次磷酸二氫鈉(NaH2PO2H2O，Sodium Hypophosphate)系列及硼氫化鈉(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氫化鈉價(jià)貴因此市面上多以次磷酸二氫鈉為主 一般公認(rèn)反應(yīng)為：

[H2PO2]- H2OA H [HPO3]2- 2H(Cat) -----------(1)

Ni2 2H(Cat)a Ni 2H ----------------------------------(2)

[H2PO2]- H(Cat)a H2O OH- P----------------------(3)

[H2PO2]- H2Oa H [HPO3]2- H2------------------(4)

銅面多呈非活化性表面為使其產(chǎn)生負(fù)電性以達(dá)到"啟鍍"之目銅面采先長無電鈀方式反應(yīng)中有磷共析故，4-12%含磷量為常見。故鎳量多時(shí)鍍層失去彈性磁性，脆性光澤增加，有利防銹不利打線及焊接。

1.3無電金

A. 無電金分為"置換式鍍金"與"無電金"前者就是所謂"浸鍍金"(lmmersion Gold plating) 鍍層薄且底面鍍滿即停止。后者接受還原劑供應(yīng)電子故可使鍍層繼續(xù)增厚無電鎳。

B. 還原反應(yīng)示性式為：還原半反應(yīng)：Au e- Au0 氧化半反應(yīng)式: Reda Ox e- 全反應(yīng)式:：Au Red aAu0 Ox.

C. 化學(xué)鍍金配方除提供黃金來源錯(cuò)合物及促成還原還原劑，還必須并用螯合劑、安定劑、緩沖劑及膨潤劑等才能發(fā)揮效用。

D. 部份研究報(bào)告顯示化學(xué)金效率及質(zhì)量改善，還原劑選用是關(guān)鍵，早期甲醛到近期硼氫化合物，其中以硼氫化鉀最普遍效果也佳，若與他種還原劑并用效果更理想。代表反應(yīng)式如后：

還原半反應(yīng)：Au(CN)-2 e-a Au0 2CN-

氧化半反應(yīng)式：BH4- H2O a BH3OH- H2

BH3OH- 30H- a BO2- 3/2H2 2H20 3e-

全反應(yīng)式：BH3OH" 3AU(CN)z" 30H-， BOz吐 /2Hz 2H，0 3Auo6CN-

E. 鍍層之沉積速率隨氫氧化鉀及還原劑濃度和槽溫提高而提升，但隨氰化鉀濃度增加而降低。

F. 已商業(yè)化制程操作溫度多為9O℃左右，對(duì)材料安定性是一大考驗(yàn)。

G. 細(xì)線路底材上若發(fā)生橫向成長可能產(chǎn)生短路危險(xiǎn)

H. 薄金易有疏孔易形成Galvanic Cell Corrosion K。薄金層疏孔問題可經(jīng)由含磷后處理鈍化方式解決。

1.4制程重點(diǎn)：

A. 堿性脫脂：

為防止鈀沉積時(shí)向橫向擴(kuò)散，初期使用檸檬酸系清潔劑。后因綠漆有疏水性，且堿性清潔劑效果又較佳，同時(shí)為防止酸性清潔劑可能造成銅面鈍化，故采磷酸鹽系直煉非離子性清潔劑，以容易清洗為訴求。

B. 微蝕：

其目在去除氧化獲得新鮮銅面，同時(shí)達(dá)到絕對(duì)粗度約0.5-1.0μm之銅面，使得鍍鎳金后仍能獲得相當(dāng)粗度，此結(jié)果有助打線時(shí)之拉力。配槽以SPS 150g/l加少量鹽酸，以保持氯 離子約2OOppm 為原則，以提高蝕刻效率。

C. 銅面活化處理：

鈀約3ppm，操作約40℃，一分鐘，由于氯化鈀對(duì)銅面鈍化比硫化鈀為快，為得較好鎳結(jié)合力自然是硫化鈀較適當(dāng)。由于鈀作用同時(shí)會(huì)有少量Cu 會(huì)產(chǎn)生，它可能還原成Cu也可能 氧化成Cu ，若成為銅原子則沉積會(huì)影響鈀還原。為使鈀還原順利須有吹氣攪拌，風(fēng)量約 為0./~O.15M3/M2*min以上，促使亞銅離子氧化并釋出電子以還原鈀，完成無電鎳沉積動(dòng)作。

D. 活化后水洗：

為防止鎳層擴(kuò)散，清除線路間之殘鈀至為重要，除強(qiáng)烈水洗也有人用稀鹽酸浸漬以轉(zhuǎn)化死角硫化鈀防止鎳擴(kuò)散。為促進(jìn)鎳還原，熱水預(yù)浸將有助于成長及均勻性，其想法在提高活 性使大小面積及高低電壓差皆因提高活性而使差異變小以達(dá)到均一目。

E. 無電鎳：

操作溫度85±5℃ ，PH4.5~4.8，鎳濃度約為4.9~5.1 g/l間，槽中應(yīng)保持鎳濃度低于5.5 ，否則有氫氧化沉淀可能，若低于4.5g/l則鍍速會(huì)減慢，正常析出應(yīng)以15μm/Hr，Bath loading則應(yīng)保持約0.5~1.5)dM2/l，鍍液以5 g/l為標(biāo)準(zhǔn)鎳量經(jīng)過5個(gè)Turn即必須更槽否則析出鎳質(zhì)量會(huì)變差。鎳槽可以316不銹鋼制作，槽體事先以50%硝酸鈍化，并以槽壁 外加電解陽極以防止鎳沉積，陰極可接于攪拌葉通以0.2~0.4 A/M2(0.018~0.037 ASF)低 電流，但須注意不能在槳葉區(qū)產(chǎn)生氣泡否則代表電流太強(qiáng)或鎳鍍層太厚必須燒槽。建浴操 作應(yīng)維持在PH=5~4.7間，可用NaOH或H2S04調(diào)整，PH低于4.8會(huì)出現(xiàn)混濁，槽液老化PH 操作范圍也會(huì)逐漸提高才能維持正常析出速度。因線路底部為死角，易留置反應(yīng)后所留殘堿，因此對(duì)綠漆可能產(chǎn)生不利影響，必須以加強(qiáng)攪拌及震動(dòng)使殘堿及氣泡去除。

F. 無電鎳磷含量：

一般無電鎳多以"次磷酸二氫鈉"為還原劑，故鍍層會(huì)含有一定量磷約4~6%，且部份呈結(jié)晶狀?？嗪吭?~8% 中含量則多數(shù)呈非結(jié)晶狀，當(dāng)高達(dá)12%以上則幾乎全呈非結(jié)晶組織。就打線而言，中磷含量及硬度在500~600HV最佳，焊錫性也以9%最好。一般在添加四回后析出磷含量就會(huì)達(dá)到10%應(yīng)考慮換槽，打線用厚度應(yīng)在130μ以上。

G. 無電金：

以檸檬酸為錯(cuò)合劑化學(xué)金槽，含金5g/l，槽體以PP為材質(zhì)。PH=5.1~5.3時(shí)可與銅作用，PH=4.5~4.8時(shí)可與鎳作用實(shí)行鍍金，PH可以檸檬酸調(diào)整之。一般操作溫度在85℃，厚度幾乎會(huì)停止在2.5μ"左右，大約五分鐘就可達(dá)到此厚度，高溫度固然可加快成長但因結(jié)晶粗反而防蝕能力較差。由于大半采置換反應(yīng)，因此會(huì)有不少鎳溶入液中，良好管理最好不要讓鎳濃度超過2OOppm，到40Oppm時(shí)金屬外觀及附著力都變差，藥水甚至變綠變黑，此時(shí)必須更槽。金槽對(duì)銅離子極敏感，2Oppm以上析出就會(huì)減緩，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力增大。鍍鎳后也不宜久置，以免因鈍化而無法析鍍，故鎳后水洗完應(yīng)盡速進(jìn)入金槽，有時(shí)為了特定狀況則作10%檸檬酸浸泡再進(jìn)入金槽也能改善一些結(jié)合力。

經(jīng)鍍金后鍍面仍難免有部份疏孔，此鍍件經(jīng)水洗后仍應(yīng)經(jīng)一道封孔處理，如此可使底層鎳經(jīng)有機(jī)磷處理增加其耐蝕性。

2、OSP

OSP是Organic Solderability Preservatives 簡稱，中譯為有機(jī)保焊膜，又稱護(hù)銅劑，英文亦稱之Preflux，本文就以護(hù)銅劑稱之。

2.1 種類及流程介紹

A. BTA(苯駢三氯唑)：BENZOTRIAZOLE

BTA是白色帶淡黃無嗅之晶狀細(xì)粉，在酸堿中都很安定，且不易發(fā)生氧化還原反應(yīng)，能與金屬形成安定化合物。ENTHON將之溶于甲醇與水溶液中出售，作銅面抗氧化劑(TARNISH AND OXIDE RESIST)，商品名為CU-55及CU-56，經(jīng)CU-56處理之銅面可產(chǎn)生保護(hù)膜，防止裸銅迅速氧化。操作流程如表14.1。

B. AI(烷基咪唑) ALKYLIMIDAZOLE PREFLUX是早期以ALKYLIMIDAZOLE作為護(hù)銅劑而開始，由日本四國化學(xué)公司首先開發(fā)之商品，于1985年申請專利，用于蝕刻阻劑(ETCHING RESIST)，但由于色呈透明檢測不易，未大量使用。其后推出GLICOAT等，系由其衍生而來。

GLICOAT-SMD(E3)具以下特性：

－與助焊劑相容，維持良好焊錫性

－可耐高熱焊錫流程

－防止銅面氧化

C. ABI (烷基苯咪唑) ALKYLBENZIMIDZOLE

由日本三和公司開發(fā)，品名為CUCOAT A ，為一種耐濕型護(hù)銅劑。能與銅原子產(chǎn)生錯(cuò)合物 (COMPLEX COMPOUND)，防止銅面氧化，與各類錫膏皆相容，對(duì)焊錫性有正面效果。

D.目前市售相關(guān)產(chǎn)品有以下幾種代表廠家：

醋酸調(diào)整系統(tǒng)：

GLICOAT-SMD (E3) OR (F1)

WPF-106A (*URA)

ENTEK 106A (ENTHON)

MEC CL-5708 (MEC)

MEC CL-5800(MEC)

甲酸調(diào)整系統(tǒng)：

SCHERCOAT CUCOAT A

KESTER

大半藥液為使成長速率快而升溫操作，水因之蒸發(fā)快速，PH控制不易，當(dāng)PH提高時(shí)會(huì)導(dǎo)致MIDAZOLE不溶而產(chǎn)生結(jié)晶，須將PH調(diào)回。一般采用醋酸(A*IC ACID)或甲酸 (FORMIC ACID)調(diào)整。

2.2有機(jī)保焊膜一般約0.4μm厚度就可以達(dá)到多次熔焊目，雖然廉價(jià)及操作單純，但有以下缺點(diǎn)：

A. OSP透明不易測量，目視亦難以檢查

B. 膜厚太高不利于低固含量，低活性免洗錫膏作業(yè)，有利于焊接之Cu6Sn5 IMC也不易形成

C. 多次組裝都必須在含氮環(huán)境下操作

D. 若有局部鍍金再作OSP，則可能在其操作槽液中所含銅會(huì)沉積于金上，對(duì)某些產(chǎn)品會(huì)形成問題

E. OSP Rework必須特別小心