化镍浸金焊接黑垫之探究与改善

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
(Electroless Nickel and Immersion Gold;EN/IG)之鍍層，作為各種 SMT 焊墊的
可焊表面處理(Solderable Finishing)。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 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（Loading Factor）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 Via
in
Pad 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（Joint Strength）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 Super Solder 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，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（Immersion Tin；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，