smthome化镍浸金量产之管理与解

二、上游製程及前處理
ENIG 的直接前製程是綠漆（S/M）工程，但影響到孔環或焊墊“長胖”（Extraneous
plating）與某些長墊方墊“露銅”（Skip plating）的原因，卻要追溯到更上游的
蝕刻成線、剝錫鉛、與綠漆的顯像（Developing）等步驟，現逐一說明之。
2.1 蝕刻不良──ENIG 長胖
上游成線蝕刻進行時，若銅箔稜線踏入板面樹脂太深者，蝕刻後密
集焊墊邊緣根部附近的板材中，可能還留有殘銅碎瘤。一直要到ENIG
後才可能發現墊邊長胖或局部突出等惡性擴張，此時不但要追究蝕刻製
程，甚至還要遠溯到壓合與銅箔去。另外要注意的是，蝕刻後線邊墊邊
之上緣，是否出現不良的“懸邊”（Overhang），這種隨時會斷的鬼東
西經常會帶來麻煩。


圖2.此四圖皆為線邊或墊邊局部長胖的實例，原因出自銅瘤的殘存與
三大參數過高所致。上二圖為俯視圖，下二圖為斷層切片圖。
2.2 剝錫不良──ENIG 露銅
蝕刻成線後的剝錫鉛（或剝純錫）也要小心，須注意其電鍍銅表面，
是否尚留有剝除未盡的淺灰色IMC 存在。果真如此，則各種刷磨與酸咬
都奈何不了他，最後恐將難逃露銅的宿命。因銅面上一旦有Zn、Cd、
Pb、Sb、Bi、S、Cr 等“毒藥”之殘跡時，都將強力抑制化鎳皮膜的生
長，其中尤以錫（Sn）、鉛（Pb）、與硫（S）等經常會出現在板面的
銅墊上，去除未盡時即有可能露銅，而鉻（Cr）甚至只要2-3ppm，化鎳
皮膜的生長就會打烊。

2.3 NPTH 孔壁鈀層鈍化之硫醇殘跡──ENIG 露銅
現行的NPTH 做法，已經不再逐一塞入小辣椒以節人力。代而起之的是在一次全面鍍銅後貼乾膜時，順便將NPTH 也都一併蒙上，於是二銅錫鉛與蝕刻後，雖然各NPTH 的孔內已被咬得全無銅壁，但化銅前陰魂不散的鈀層，卻絲毫無損不動如山。
這種板子一旦進入ENIG 之中，其不該上鎳上金的非通孔，對於ENIG的接納卻絲毫不遜正常焊墊甚至過之，不免令人為之氣結。

圖3.此二圖均為焊墊露銅的典型例子，若非槽液整體活性不足，即可能是單獨墊
於是剝錫鉛之前只好先將板子浸泡一種硫醇槽液，以鈍化掉NPTH
面負電性尚不夠強，或銅墊表面已遭污染所致。

2.4 綠漆品質不良──ENIG 露銅
綠漆本身的耐化性（Chemical Resistance）要夠好，才能耐得住ENIG 高溫長時間的化學攻擊（平均82-86℃，兩槽共約20-30 分鐘）。
各種S/M 中以PSR-4000 的Z-100 型的耐化性最好（但解像度卻不見得傑出）。大凡此項本領不佳者，ENIG 之後的綠漆色澤將會被漂洗而變淺。也就是說綠漆配方中的若干有機物已溶入化鎳浸金槽液中，久之勢必帶來為害不輕的污染。通常銅面的綠漆厚度不宜低於0.2mil，否則ENIG之後常會出現發白的現象，也是被退的缺點之一。
2.5 綠漆顯像不良──ENIG 露銅
綠漆顯像不足常使銅墊上留有未能盡除的透明殘膜（Scum），此殘膜中不但含有Na2CO3 與消泡劑，並另有已溶入的綠漆成份，一旦附著銅面而又遭後續之高溫烘烤，就會將與銅面勾搭成為難以去除的“錯化物”（Complexing Compound），而不僅只是稀鬆平常的氧化物（Oxides）

而已。

圖4.左圖為孔環及孔壁有Scum 存在，致使ENIG 後之露銅情形；右圖係表面焊墊上因殘膜存在而發生的露銅情形。



圖6 此為被壓入微點狀的綠漆殘膜，所造成後續ENIG 微露銅的缺失。
左為350 倍畫面，右為800 倍畫面。可清楚看到露銅區內的刷痕，及ENIG衝到邊緣圍攻不進，卻另往上空發展的生動外貌。且EN 本身的球面結晶也晶瑩剔透粒粒可數。
2.5.1 顯像後水洗不良，或吸水滾輪的再污染──ENIG 露銅

此處水洗的對象是大量濕滑的鹼性物質，必須要用充足的自來水沖洗才完全清除。純水僅具沖淡作用根本洗不掉鹼性化學品，一律用純水清洗，是有錢而無知的蠻幹法。正確操典是在快速烘乾之前才過門純水，以避免不良水痕的附著。您若不服氣，可試試抹了肥皂的雙手，一手沖純水另一手沖自來水，效果如何連三歲的娃娃也能立判。就是如此簡單，千萬別臉紅脖子粗糗事又不止這一樁，幹嘛還磨不開！

圖7.此二圖之墊面較暗者為ENIG 之鍍面，周圍不規則淺色環繞者是綠漆顯像不潔惡名昭彰的透明殘膜（Scum），顯像不良應負最大責任。
有時候顯像與水洗都還不錯，但熱風吹乾前的陳年吸水滾輪，卻是
出奇的骯髒，反而把洗淨的板子又給滾塗成了殘膜的附著，成事不足敗 事有餘。只要用手去摸摸吸水輪面有無滑滑膩膩，就知道是否該洗該換 了。任何看不見的Scum 只要烘烤老化變質（與銅金屬發生錯化反應）

2.5.2 烘乾未冷透即疊板，造成銅面異常氧化──ENIG 長胖或S/M 破邊
顯像及連線水洗烘乾冷卻後，進入下一站熱烤硬化前常需暫存或搬運，以配合生產計劃或不同場地，倘未乾透冷透而逕行疊板者，部份銅面的異常氧化就會上演，又經S/M 長時間烘烤後，斑點或駁面都將一一亮相。此異常氧化一旦出現在“綠漆設限”（Solder Mask Defined）的邊緣，當其進入前製程與ENIG 本線的微蝕槽時，藥水對該種厚氧化銅的鬆軟區，將會集中力量大肆攻擊，造成S/M 正下方被側攻侵入，以致綠漆失根掏空。加以ENIG 更會在毛細作用的幫忙下趁虛而入，形成另一種檯面下的“長胖”。

圖9.此二圖皆為刷磨時綠漆表面遭銅粉強行嵌入，造成事後無法允收的缺點。通常自動線作業，一直要到最後板子出來時，才會發現早就發生了問題，想要挽救已經太遲。由此可知自動線的完善管理是何等重要！
2.7.2 維修刷毛減少露銅
常用之刷毛以刷出＃1000 的粗度為宜。由於水平輸送具有左中右三條跑道，以路線的機會最為頻繁。久而久之造成刷毛長短不均影響刷銅效果，常會造成板邊各墊面的露銅。此時應採不鏽鋼板上貼有粗砂紙的“整刷板”，去對刷毛修整維護，以保持均勻刷磨。
在做化鎳浸金的前流程時，須用乾膜（杜邦的W-250，即下左圖之藍色 不過目前手機板流行選擇性ENIG 與OSP，兩種皮膜共存的場面，則


圖10.左圖為選擇性局部ENIG 製程中所成像的乾膜阻劑。右圖為去掉乾膜後，再針對該等重要焊墊繼續完成的OSP 皮膜，此右圖即為兩者並存的畫面。由於OSP 各銲點可靠度較好，已受到愈來愈多下游用戶的認同，並指定要做這種兼容並備的工序。

圖11.最新手機板上CSP 與Mini-BGA 之焊墊均已改採OSP，除了必須做為二次焊接的金鐘罩還會用到ENIG 以外，其他所有焊接工作全由OSP 所包辦了。此種困難製程不但會讓乾膜污染槽液，而且也常破碎脫落的阻劑而報廢板子，左右為難痛苦不堪。
2.7.3 小型焊墊處理困難──強度不足
即使全面能刷的手機板，其基頻區中三、四顆CSP 的超小焊墊，也很難得到良好的磨刷成果。此等躲藏在元件肚子底下的微小焊墊，一向是焊性不良銲點不強的隱憂。國立大學化工材料研究所，高振宏教
一旦超過0.1%時，將可能引發脆性。自從Motorola 將之明智改成OSP處理後，已有許多業者先後步其後塵，以加強銲點免於黑墊之後患。
授所指導的一篇論文中， 其含金比例就相對會增加，

板子銅面經連線刷磨及微蝕後，還要再過水洗與熱風吹乾，之後疊板的暫存或運輸也要等冷卻之後才能出馬。否則多餘的熱量及水氣，又會造成板小孔邊緣銅面的再次氧化。有時整批放置太久也會過度氧化，每每使得QFP 長墊的整片露銅絲毫不給面子。
圖12.左為板面被動元件之方墊露銅；右中為QFP 長墊的全支露銅，右上則係呈現邊緣之露銅者（因照相之打光不良，致使金層表面反映出灰綠色）

三、ENI

圖13.左圖S/M 上任令缺點只會出也都被全面偏高之下場分的奇景。

G 本線製程

化鎳浸金垂
與純水漂淨。由ww

圖13.左圖皆因載板掛架在鈀槽與後洗中搖動時，互相緊抱在一起大跳貼臉舞，而在S/M 上任令鎳層大肆蔓延無法收拾的場面，其原因明顯是出自掛架的問題。注意此種缺點只會出現板子的單面上，背面則完全正常。右圖是QFP 連續排墊之間距及周圍，也都被全面性“長胖”所霸占淹沒，這顯然是過度活化與鈀後水洗不良，加上三大參數偏高之下場，造成不該長的地方竟然大長特長，有如洪水暴漲時，河道與路面全然不
與純水漂淨。由於板子已無法自走輸送，只得逐一嵌入掛架（Rack）吊上天車，再按 化鎳浸金垂直起落的天車連線，共有9-10 個製程站，以及其間多槽的流動水洗
洗淨。

↓水洗

以硫酸／雙氧水或過硫酸鈉微蝕液，進行一分鐘的浸蝕，以除掉銅面氧化物。

↓水洗

以10%稀硫酸清洗上述微蝕銅面可能殘留的鹽類。

↓水洗
↓水洗

做為下一站鈀活化的預先處理，以保護鈀槽不致被帶入而污染，板子經本站後無需水洗而可直接進入鈀槽。

↓

圖14.鈀槽中遭到活化的浮游碎屑被帶入鎳槽，或鎳槽中原有的流浪顆粒，在大環境中均將發育成為金屬鎳粒子。一旦登陸移民到鍍面上時，則可能賴著不走落腳生根成為“垂直長胖”，而與前圖2 的“水平長胖”前後輝映比美。
由於掛架會不斷的上下進出各槽液，故死角處與橫樑朝上的面積，皆應儘量減少，以避免些許鈀液搭便車而帶入鎳槽，造成掛架各朝上表面的長鎳。這種不牢固的碎屑很容易落入鎳槽或金槽，經常會帶來不少額外的麻煩。一旦連掛架之側面也鍍了鎳時，則須以20-30%的稀進行“削掛架”；不過削後的塗料表面會變得粗糙，後續就更不客氣的上鎳上金了。全天操作的新掛架，業者經驗是2-3 個禮拜後就開始長鎳長金，長的太快或破損者皆應重新塗裝。
微蝕後的水洗也不可太久，以防再次鈍化。 微蝕不可過久太強，的底銅造成刨根的小動作。3.2 微蝕及鈀活化
處理時其鈀槽含銅量不可超過100ppm，一般板子也應低於300ppm。一
旦超出較多時即應棄槽，以免造成後續長鎳不順甚至出現露銅。
任何顆粒進入鈀槽後都會吸鈀而成為固體鈀粒的懸浮。若再附著於板面各銅墊的邊緣，就會出現“長胖”。故鈀槽須用1mm 濾心強力過濾，補充液也要另採專用器皿，以防其他意外的污染。
倘微蝕液被帶入鈀槽時，銅面長鈀的速率就將變慢甚至缺鈀，使得後續的鍍鎳也啟動不良進而露銅。任何鎳藥水一旦落入鈀槽中，都將使得鈀離子被還原析出，而成為黑色金屬浮於水面或沾著槽壁，必要時只好換掉鈀槽。

圖15.掛架上落入鎳槽的銅碎、鎳屑、或金渣，由於事先已被鈀槽所活化，故在鍍鎳的高溫操作中，其等負電位均將大幅下降，甚至低於磷化鎳槽液的起鍍電位-0.7V，門外漢既然有了證書執照，當然也就毫不客氣的逢場做戲大鍍其鎳了（此圖取材Electrochemical Science and Technology，Feb. 1984；p.255）
3.3 化鎳製程管理
3.3.1 化鎳用不鏽鋼槽之保養
為了長期高溫（82-86℃）的安全操作起見，量產鎳槽幾乎全用不

此時須立即換上備槽而繼續生產，並將舊槽藥水抽掉至線外，另行中和 沈澱收集污泥之環保處理。而舊槽的“削槽”則需添加50%體積比（或31%重量比）的強，溶蝕掉槽壁上的化鎳顆粒。同時也對不鏽鋼槽進行鈍化處理（Passivation），以減少再被鍍上的機會。
許多金屬表面處理的教科書上，都說應另加入鉻酸（CrO3）才會有更好的鈍化效果。只可惜PCB 業界的現行廢水處理系統中，少有除鉻的功能，於是良藥也只好束之高閣。
3.3.2 正電性槽體防止長鎳
化鎳槽液中任何帶有負電性的物體，都會被化鎳所還原析附。一般操作中只要其負電位到-0.7V 時，就難免釘牢鍍上。為了保護不鏽鋼槽壁與加熱器之不被裹脅，乃刻意使用外電源使帶有+0.8V 的正電位，以免遭到化鎳的青睞。至於負極-0.8V 者，則另接數根已鈍化的不鏽鋼棒，刻意使其在電鍍過程中犧牲上鎳。此種假鍍棒的佈局，可在大槽的對角各放一支，在液面較低的回水集流區也再加設一支。所施加之正電壓卻

比對其數據（量產者每班一次）。
凡此三參數上升者，都可能因過度活化而長胖（因其主還原劑Na2H2PO2次磷酸二氫鈉，要在高鹹中活力才會強）；反之三大條件不足時，亦將會導致起鍍不良甚至表演露銅。老手們都有這種經驗，每天一大早的第一架，總是偶而洩氣露銅不給面子，彷彿是神不守舍沈睡未醒一般。在第一掛的犧牲打（Dummy plating）之後槽液中充滿氫氣時，才會逐漸賞臉出現活性。此等充滿氫氣士氣大振的故事（注意Loading 太低者也不易反應），早在化學銅的操作中就已有歷史記載。不過對於金槽而言，此種打氣加油則大可不必了。有經驗的業者甚至還設計了不同的程式，以應付不同停機待料的再啟動作業，以減少無謂的露銅報廢。
(6)筆鍍救板：
一旦少許一兩個墊面露銅而造成全板報廢的話，實在是暴殄天物十分可惜。某些情況下也許可採刷鍍或筆鍍方式（Stylus plating）搶救回來。所用藥水可採ENIG 者或專用電鍍藥液，當然其金之面色差是在所難免，最好先向客戶說明，取得諒解下才再放行出貨。
3.4.1 酸性金水中含金量約0.6-0.8g/L，代工廠僅0.2-0.3g/L。一般之3.4 浸金製程管理
面。倘有懷疑時，可用剝金液【KCN+(間)硝苯磺酸鈉】剝除金層，是鎳
是銅自必一目了然。
3.4.2 金槽建浴用純水或回收槽純水，一旦發霉即表已有多量的黴菌帶入。此時金水中原配方的有機酸錯化劑，加上黴菌代謝的有機物，將使得金水活性更強，其聯手腐蝕的化鎳層，下場當然很慘。回收水中雖然不會再出現置換反應，但其中的菌類與有機酸的互相幫忙打氣，以賈凡尼效應的助虐，仍然會透過金層疏孔而對底鎳繼續猛咬，不斷造成鎳層的暗中氧化，遲早會引發黑墊。想要免於恐懼避禍求福，最好的辦法就是換掉回收槽，品管嚴格的大廠，幾乎隔天就換少惹麻煩。

四、後製程
4.1 回收之後的徹底水洗，早期多半採80℃ 的熱水連續沖洗，及吹乾前的熱純水過門。由於因水溫經常不足（是否為了節省成本？），水質太髒，反而造成乾燥後金面
的發紅。為了徹底杜絕後患，目前業者在ENIG 線內之回收與浸洗出槽後，立即逐片改成水平連線的冷水沖洗與純水漂淨，再以清潔的熱風迅速吹乾，務必要使活性尚未

停歇的ENIG，減少再遭賈凡尼式的持續腐蝕。
4.2 事實上ENIG 完工之後，還要執行運輸、暫存、白字印刷、切外形與品檢等後流程，當然最後仍需用到水平連線的清潔工作。此等看似等閒的洗水與乾燥，也應按部就班以避免後底鎳繼續氧化，減少金面變色發紅。疑似變紅者只要用手指摸摸還會變得更紅，連橡皮都擦不掉。較嚴重者其底鎳可能早已變黑了。

五、歸納整理
ENIG 量產製程中最常出現的露銅、長胖與變色等三大外觀問題，雖已逐一交代如上，但對初學或製程以外的讀者來說，想必仍然是滿天神佛丈二金剛。為洞悉脈絡清楚思路起見，特再提綱挈領整理要點如下，以方便上陣出招時直撲敵魁手到擒來也。
露銅（Skip plating）
1.氧化銅太厚：過度烘烤、溫濕疊板、環境不良放置太久。
2.過程污染：殘留IMC、毒藥附著、硫醇作怪、綠漆溶入鎳槽、顯像殘膜、顯後水洗不良、吸水滾輪太髒。
3.活力太弱： 久洗鈍化、負電性不足、鎳槽未醒、三大參數太低。
長胖（Extraneous Plating） 1.蝕刻不良 ：留有殘足。
變色（Tarnishing）
1.底鎳不良：底鎳過度置換產生黑墊，致金面變暗。
2.金面異常：金水遭銅污染、黴菌污染金水與回收水、後段水洗不足、後流程污染、終洗不良、溫濕疊板。

六、結論
筆者曾諮詢過多位業界專家，ENIG 各種板類的出貨量，台灣現已成為全球第一。目前台灣業界之PCB 正廠，現有ENIG 量產能力者共有20 家，合計32 條自動線。少者1 條線，大公司上千公升大鎳槽連線者達4 條之多。代工廠共14 家合計17 條線。以2001 年10 月的出貨量統計，平均月產250 萬～300 萬ft2，這還不是生意最旺的數字。

圖16.右二圖為日本國內高階FC 封裝板（CPU 之P4），係採ENIG 做為正面覆晶及腹底植球的表面處理皮膜，左上為已移往大陸生產之中低階ENIG 用途之手機板、及左圖之藍牙卡板等。
日本國內產能多集中在小面積的高階封裝板領域，故最多也只有台灣總產出的一半。至於手機板、PC 卡板與部份低階封裝板，則已移往中國大陸之華南地區，該華南又在港商台商的湊熱鬧下，目前ENIG 的設計月產能已高達220～250 萬ft2，加上華東地區月產能的30～40 萬ft2，敢說華人經手的ENIG，少說也將超過全球的六成，
遠來東西和尚之天花亂墜，即使偶而出現，也多半拾人牙慧語焉不詳，參考價值怎會太高？有鑑於此，特整理多當然中文深入的資料太少，應是主因之一。歐美業者早已少得可憐。如此長期之大量生產，現場經驗當然無人可比，然還要迷信