化镍浸金焊接黑垫的探究与改善

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1、化镍浸金焊接黑垫之探究与改善一、化鎳浸金流行的原因　　各種精密元件組裝的多層板類，為了焊墊的平坦、焊錫性改善，焊點強度與後續可靠度更有把握起見，業界約在十餘年前即於銅面逐漸採用化鎳浸金(ElectrolessNickelandImmersionGold;EN/IG)之鍍層，作為各種SMT焊墊的可焊表面處理(SolderableFinishing)。此等量產板類有：筆記型電腦之主機板與通訊卡板，行動電話手機板，個人數位助理(PDA)板，數位相機主板與卡板，與攝錄影機等高難度板類，以及電腦週邊用途的各種卡板(Card，是指小型電路板而言)等。據IPC的TMRC調查指出ENIG在1996年只占

2、PCB表面處理的2%，但到了2000年時卻已成長到了14%了。以台灣量產經驗而言，1000l之化鎳大槽中，單位操作量（LoadingFactor）已達1.5ft2/gal（360cm2/L），工作忙碌時兩三天就需要換槽。ENIG之所以在此等困難板類大受上下游歡迎的原因，經過深入瞭解後計有下面四點：圖1.此為Errison著名手機T-28之HDI六層板（1+4+1），線寬3mil雷射盲孔5mil，其基頻區共裝了一顆mini-BGA及4顆CSP，其ViainPad之墊徑僅12mil左右，是1999被Prismark推崇的明星機種。初上市時售價台幣兩萬六，由於競爭激烈及電磁波太強，2001年已

3、跌價到了999元，災情之慘重豈僅是唏噓慨嘆而已。1.1表面平坦好印好焊，小型承墊獨領風騷　　當板面SMT的細長方形、或圓形、或方形之焊墊越來越多、越密、越小時，熔錫與噴錫處理墊面之高低不平，造成錫膏印刷不易與零件踩腳困難，進而造成熱風或熱氮氣熔焊（Relow）品質的劣化。此與十餘年前盛行的通孔波焊，或後來墊面還夠大時的錫膏熔焊等皆大異其趣。彼時之墊面噴錫處理，無論在焊錫（Solderablity）或焊點強度（JointStrength）方面，均非其他可焊處理之所能望其項背。良好的ENIG平均可耐到3次的高溫焊接，目前也是浸銀或浸錫處理所無法相提並論的。圖2.由於微小球墊上ENIG之焊接不

4、太可靠，加以黑墊又常發生，逼得組裝者對該等難纏的CSP微墊只好改採OSP皮膜，板價不斷下降，做法反倒更難，如此HDI高科技有何榮耀可言？甚至業者還將之改成SuperSolder先上銲料，更是大材小用其心良苦然而如今手機板上所裝的多顆mini-BGA或CSP，其眾多微墊之焊接，不但讓元件商與組裝者心驚膽跳，PCB業者更是草木皆兵聞退變色(品質不佳退貨賠償)。目前手機板上一般行情的CSP(此晶片級封裝品係指墊距Pitch在0.8mm以下之BGA)，其圓型承墊之Pitch僅30mil，而墊徑更只有14mil而已；而且小型QFP長方焊墊的墊寬更已窄到了只有8mil，如此狹小墊面上所印的精密錫膏，

5、如何能容忍先前噴錫的高低不平?　　均勻平坦的可焊處理層，當然不是只有ENIG而已，曾經量產者尚有OSP有機保焊處理，浸錫處理（ImmersionTin；最近已出現量產之規模，後效如何尚待觀察），化鎳浸鈀金處理，甚至化學浸錫或化學錫鉛等處理。其中除了OSP外，其他多半由於製程不穩或後患太多而無法成其氣候，實務上當然根本不是化鎳浸金的對手。且OSP的耐久性與抗污性又不如化鎳浸金，而免洗錫膏中活性甚弱的助焊劑，是否在焊前瞬間能及時除去OSP之老化皮膜，而能順利沾錫焊妥者亦大有問題。圖3.左為三四年前赫赫有名電腦心臟CPU，其FC式P-3封裝載板腹底植針焊接之基墊情形。中為較後版本的P-3載板腹

6、面已完成植針與18顆解耦合電容器SMT焊接之畫面。右為功能更強面積更小的P-4，其尚未植針與焊接電容的腹面。注意，此等FC載板之覆晶正背面中央，小小立錐之地竟然擠進400-1000顆的銲錫凸塊，做為大號晶片的顛覆焊緊作用。於是雙面ENIG之皮膜，共經正面印膏與熔成凸塊，下游客戶的覆晶焊接，及腹面焊接植針與電容器的貼焊等；至少須經三次以上的高溫考驗。任何毫厘疏失所造成的恐怖後果，絕不是割地賠款所能善罷甘休的。當然其ENIG動則棄槽之嚴酷管理，也只有這種單價5-9美元的量產載板才能玩得下去。此低單價高階品的量產，早已不是養尊處優吃香喝辣的老外們所能染指，吃苦耐勞的台灣人，才正是價廉物美電腦普

7、及的幕後功臣。除了上述的一般焊接外，ENIG之墊面當然也可做為FC封裝板的球腳之植球基地，或錫膏成半球後的凸塊（Bump）承墊。1.2墊面之接觸導通一向優異別無分號　　手機板除需零件焊接外，有些墊面還要執行摁鍵導通，黃金不生鏽正是ContactConnection的最佳候選。手機板的此種摁鍵(KeyPad)做法，與LCD-TFT模組板上的ACF壓著墊等不管是直接佈局在主板上，或是另採極薄的雙面硬板或軟板之搭配主板，其觸墊表面一律都要