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1、Training Material For PCB Process Flow,印制电路板流程培训教材-沉金/金手指,导师：周 靖 Jing.Z,课堂守则 请将手机、BP机等通讯工具调到震动状态。 请勿在上课期间，随意进出，以免影响其他同事。 请勿交头接耳、大声喧哗。 如有特殊事情，在征得培训导师的同意的情况下，方可离场。 以上守则，各位学员共同遵守,Gold Finger - 金手指,一、金手指 1.1 制程目的 金手指（Gold Finger，或称Edge Connector）设计的目的：藉由connector连接器的插接作为板对外连络的出口，因此需要金手指制程。 金的特性：它具有优越的导电
2、性、耐磨性、抗氧化性及减低接触电阻。但金的成本极高，所以只应用于金手指的局部镀金或化学金，如bonding pad等。,图13.1是金手指插入连接器中的示意图,Gold Finger - 金手指,1.2 制程流程 上板磨板（微蚀）水洗活化水洗镀镍水洗活化水洗镀金金回收 水洗风干下板 A、步骤： 贴胶带辘胶带自动镀镍金撕胶带水洗吹干,镀液中辅助成分的作用 硼酸：起缓冲作用，可维持PH值的相对平衡，浓度为3555g/l；氯化镍：是一种阳极活化剂，可有效促进阳极镍角的溶解，避免 阳极的钝化； 光亮剂：可提高镀层的光亮度，所使用的光亮剂为ACR-3010，控制范围是2535ml/l； 防针孔剂：可有效
3、赶走停留在镀层上的氢气泡，防止针孔缺陷的产生。 光亮剂与防针孔剂的补加方法：以少加勤加为宜，一次性不要补加过多。,Gold Finger - 金手指,Gold Finger - 金手指,B、作业及注意事项 a.贴胶带的目的 是让板子仅露出欲镀金手指之部分，其它则以胶带贴住防镀。贴胶带是一细活，不允许有胶带贴住金手指及离金手指太远现象，要防止在切除多余的胶带时割伤板材，避免人为擦花。 操作时要留意所使用的胶带不可有脱胶现象，以免铜面残余胶渍。此步骤是最耗人力的，自动贴胶带机的上市，将会带来工业的又一次革命。 辘胶带的目的，是通过辘板机使胶带与板面贴实，避免因胶带未被压实，在镀镍金时胶带内藏药水造
4、成药水缸间的交叉污染。,Gold Finger - 金手指,b. 磨板（微蚀） 除去板面的油污、氧化皮及绿油残渣，提供一个光鲜、 微粗糙的铜面，增加铜层与待镀镍层的结合力。 c. 活化的作用 去除铜面轻微氧化皮及防铜面再度氧化，使铜面更加光鲜洁净，保持铜层或镍层的活性，增强基体金属与待镀金属间的结合力。,镀镍 作为金层与铜层之间的屏障，防止铜migration. 为提高生产速率及节省金用量，现在几乎都用输送带直立式进行之自动镀镍金设备，镀液的主盐是镍含量甚高而镀层应力极低的氨基磺酸镍（Nickel Sulfamate Ni (NH2SO3)2。4H2O）。 机理阴极：Ni2+2eNi 2H+2
5、e H2 阳极： Ni-2eNi2+,Gold Finger - 金手指,镀金 无固定的基本配方，除金盐（Potassium Gold Cyanide金氰化钾，简称PGC）以外，其余各种成分都是专密的。 目前不管酸性中性甚至碱性镀金，所用的纯金都是来自纯度很高的金盐，金盐为纯白色的结晶，不含结晶水，依结晶条件不同有大结晶及细小的结晶，前者在高浓度的PGC水溶液中缓慢而稳定地自然形成，后者是快速冷却并搅拌而得到的结晶，市场上多为后者。 机理阴极：Au(CN)2-+eAu+2CN- 2H+2e H2 阳极： 2H2O-4eO2 +4H+,Gold Finger - 金手指,酸性镀金（PH=3.84
6、.6） 使用非溶解性阳极，最广泛使用的是钛网上附着有白金，或钽网（Tantalam）上附着白金层，后者较贵使用寿命也较长。 自动前进沟槽式的自动镀金 把阳极放在沟槽的两旁，由输送带推动板子进行于槽中央，其电流的接通是由黄铜电刷（在槽上方输送带两侧）接触板子上方突出槽外的线路所导入，只要板子进镀槽就立即接通电流。各镀槽与水洗槽间皆有缓冲室并用橡胶软垫隔绝，以降低drag in/out ，减少药水的流失，避免药液缸的相互污染。,Gold Finger - 金手指,Gold Finger - 金手指,h. 酸性镀金的阴极上因电流效率并不好，即使全新液也只有3040%而已，且因逐渐老化及污染而降低到1
7、5%左右，故酸性镀金镀液的搅拌是非常重要的。 在镀金的过程中阴极上因电流效率降低而析出较多的氢气，使镀液中的氢离子减少，因而PH值有渐渐上升的情形，此种现象在钴系或镍系或二者并用之酸性镀金制程中都会发生。当PH值渐渐升高时镀层中的钴量或镍量会降低，会影响镀层的硬度甚至疏孔度，故须每日测其PH值。通常镀液中都有大量的缓冲导电盐类，故PH值不会发生较大的变化，除非有异常的情形发生。,j. 金属污染 铅：对钴系酸性镀金而言，铅是造成镀层疏孔（pore）最直接的原因（剥锡铅制程要注意），超出10ppm即有不良影响。 铜：是另一项容易带入金槽的污染，到达100ppm时会造成镀层应力破坏，不过镀液中的铜会
8、逐渐被镀在金层中，只要消除了带入铜污染的来源，应不会造成太大的害处。铁污染达50ppm时会造成疏孔，也需要加以处理。,Gold Finger - 金手指,C、金手指之品质重点 a.厚度（Thickness）； b.硬 度(Hardness)； c.疏孔度 (porosity) ； d.附着力(Adhesion)； e.外观：针孔，凹陷，刮伤，烧焦等。,Gold Finger - 金手指,1.3工序常见问题分析 A、镀镍 1.镀层起泡、起皮（镍层与铜层分离） 原因：镀前处理不良；镀液中途断电时间太长；镀液有机污染； 镍缸温度太低。 处理方法：改善前处理效果；检查设备；对镍缸进行碳处理；将温 度提
9、高到正常值。 2.镀层针孔、麻点 原因：润湿剂不够；有机污染；镀前处理不良（电镀铜针孔）。 处理方法：补充润湿剂；对镀液进行碳处理；改善镀前处理效果，前工序控制针孔缺陷。,Gold Finger - 金手指,1.3工序常见问题分析 3. 镀层烧焦 原因：温度过低；电流密度过高；镍离子浓度过低；硼酸浓度过 低；PH值过高。 处理方法：升高温度或降低电流；升高镍离子浓度；补加硼酸；调整PH值。 4. 阳极钝化 原因：阳极活化剂不够；阳极面积过小。 处理方法：补加阳极活化剂；增大阳极面积。,Gold Finger - 金手指,1.3工序常见问题分析 5. 颜色不良 原 因：底铜处理不良；镀液受到Cu
10、2+、Zn2+等金属离子污染；PH值过高；镍光剂含量不足。 处理方法：加强底铜处理效果；小电流进行电解处理，去除金属杂质的污染；调整PH值；调整镍光剂的含量。 6. 镀层脆性大，可焊性差 原因：重金属污染；有机污染；PH值过高；添加剂不足。 处理方法：小电流拖缸处理；对镍缸进行碳处理；调整PH值；补充适量添加剂。,Gold Finger - 金手指,B、镀金 1.高电流区烧焦 原因：金浓度不够；比重太低；搅拌不够；镀金液被镍铜污染。 处理方法：补加金盐；调高比重；加强搅拌；清除金属污染。 2.镀层结合力不良 原因：铜与镍结合力不良；镍与金结合不良；镀镍金前清洗处理不良；镀镍层应力大。 处理方法
11、：注意镀镍前铜处理效果；注意镀金前镍处理效果；加强镀前处理效果；净化镀液，对镍缸进行拖缸或碳处理。,Gold Finger - 金手指,3. 金颜色不良 原因；添加剂补加过少；PH值偏高；镀液受到Ni2+等金属离子的 污染。 处理方法：补充适量的添加剂；调整PH值；清除金属污染，平时须注意防止污染 的产生，特别是经常发生的镍离子污染。 4. 板面金变色（金面颜色不良，特别是在潮湿的季节） 原因：清洗及烘干不彻底；镀金板存放在有腐蚀性的环境中。 处理方法：加强镀金后清洗及烘干效果；镀金板应远离有腐蚀性的环境中保存。,Gold Finger - 金手指,二、化学镍金 1.1 制程流程 除油水洗*2
12、微蚀水洗*2微蚀后浸水洗*2预浸钯活化后浸水洗*2无电镍水洗*2无电金回收水洗后处理水洗干板,化学镍金,1.2 无电镍 A、一般无电镍分为“置换式”与“自我催化式”，其配方极多，但不论何者仍以高温镀层品质较佳。 B、镍盐为硫酸镍。,化学镍金,1.2 无电镍 C、还原剂有次磷酸盐类（Hypophosphite)/甲醛（Formaldehyde）/氨（Hydrazine）/硼氩化合物（Borohydride）/硼氢化合物（Amine Borane）。 D、络合剂以柠檬酸盐(Citrate)最常见。,化学镍金,1.2 无电镍 E、槽液酸碱度需调整控制，传统使用氨水（Amonia），也有配方使用三乙醇
13、氨（Triethanol Amine），除可调整PH值及比氨水在高温下稳定外，同时具有与柠檬酸钠结合共为镍金属络合剂，使镍可顺利有效地沉积于镀件上。 F、还原剂为次磷酸二氢钠，除了可降低污染问题，其所含的磷对镀层品质也有极大的影响,化学镍金,操作特性分析 a. PH值的影响：控制范围在4.85.3, PH太高会有混浊现象及分解发生，对磷含量及沉积速率有明显影响。 b. 温度的影响：温度对析出速率的影响很大，低于70反应缓慢，高于95速率快而且无法控制，一般控制在8090。,化学镍金,操作特性分析 c. 组成浓度中柠檬酸钠含量高，络合剂浓度提高，沉积速率随之下降，磷含量则随络合剂浓度增加而升高，
14、三乙醇氨系统磷含量甚至可高到15.5%上下。 d. 还原剂次磷酸二氢钠浓度增加，沉积速率随之增加，但超过35g/l 后槽液有分解现象，因此其浓度不可过高，过高反而有害。磷含量则和还原剂间没有明确关系，因此一般浓度控制在30g/l左右较恰当。,化学镍金,操作特性分析 e. 三乙醇氨浓度会影响镀层的磷含量及沉积速率，其浓度增加磷含量降低，沉积速度也变慢。它除了可以调整酸碱度外，也可作金属络合剂之用。 f. 由探讨得知柠檬酸钠浓度作适当调整可有效改变镀层磷含量。 g. 一般还原剂大致分为两类： 次磷酸二氢钠（NaH2PO2。H2O,Sodium Hypophosphate）系列及硼氢化钠（NaBH4
15、,Sodium Borohydride）系列，硼氢化钠价钱较贵，因此市面上多以次磷酸二氢钠为主。,化学镍金,主要反应为： H2PO2- +H2OH+ + HPO32- +2H(Cat)-(1) Ni2+ + 2H(Cat) Ni + 2H+-(2) H2PO2- + H(Cat) H2O +OH- + P-(3) H2PO2- + H2O H+ + HPO32- +H2-(4) 由于铜面多呈现非活化性表面，为使其产生负电性以达到“启镀”之目的，铜面采取先长无电钯的方式（钯活化），反应中有磷共析，故412%含磷量为常见。镍量多时镀层失去弹性、磁性、脆性，光泽增加，有利防锈，有利打线及焊接。,化学
16、镍金,1.3 无电金 A、无电金分为“置换式镀金”与“自我催化式镀金”，前者就是所谓的“浸镀金”(1 mmersion Gold plating)，镀层薄且底面镀满即停止；后者接受还原剂供应电子，故可使镀层继续增厚无电金。 B、反应示性式为： 1）还原半反应式：Au+ + e- AuO 氧化半反应式：RedOx + e- 全反应式： Au+ + Red AuO + Ox 2）置换机理：Ni + 2Au(CN)2- 2Au + Ni2+ + CN-,化学镍金,无电金 C、化学镀金配方除提供黄金来源的络合物及促成还原的还原剂，还必须并用安定剂、缓冲剂及湿润剂等才能发挥效用。,化学镍金,无电金 D、化学金配方组成及功用：,化学镍金,无电金 E、化学金效率及品质的改善，关键选用是选用还原剂，早期的甲醛到近期的硼氢化合物，其中以硼氢化钾最普遍，效果也佳
