PCB表面OSP處理分析及化學(xué)鎳金簡(jiǎn)介

1 引言

　　錫鉛長(zhǎng)期以來(lái)扮演著保護(hù)銅面，維持焊性的角色， 從熔錫板到噴錫板，數(shù)十年光陰至此，碰到幾個(gè)無(wú)法克服的難題，非得用替代制程不可：

　　A. Pitch 太細(xì)造成架橋(bridging)

　　B. 焊接面平坦要求日嚴(yán)

　　C. COB(chip on board)板大量設(shè)計(jì)使用

　　D. 環(huán)境污染本章就兩種最常用制程OSP及化學(xué)鎳金介紹之

　　2 OSP

　　OSP是Organic Solderability Preservatives 的簡(jiǎn)稱，中譯為有機(jī)保焊膜，又稱護(hù)銅劑，英文亦稱之Preflux，本章就以護(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(wú)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(kāi)始，由日本四國(guó)化學(xué)公司首先開(kāi)發(fā)之商品，于1985年申請(qǐng)專利，用于蝕刻阻劑(ETCHING RESIST)，但由于色呈透明檢測(cè)不易，未大量使用。其后推出GLICOAT等，系由其衍生而來(lái)。

　　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(kāi)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 (TAMURA)

　　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(zhǎng)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(ACETIC ACID)或甲酸 (FORMIC ACID)調(diào)整。

　　2.2

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

　　A. OSP透明不易測(cè)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的銅會(huì)沉積于金上，對(duì)某些產(chǎn)品會(huì)形成問(wèn)題

　　E. OSP Rework必須特別小心

　　
3 化學(xué)鎳金

　　3.1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(wú)電鎳→熱水洗→ 無(wú)電金→回收水洗→后處理水洗→干燥

　　3.2無(wú)電鎳

　　A. 一般無(wú)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. 一般常用的鎳鹽為氯化鎳(Nickel Chloride)

　　C. 一般常用的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(jiàn)。

　　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(wèn)題，其所含的磷對(duì)鍍層質(zhì)量也有極大影率。

　　G. 此為化學(xué)鎳槽的其中一種配方。

　　配方特性分析：

　　a. PH值的影響：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(wú)明顯影響。

　　b.溫度的影響：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(wú)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(guò)0.37M后槽液有分解現(xiàn)像， 因此其濃度不可過(guò)高，過(guò)高反而有害。磷含量則和還原劑間沒(méi)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)影響鍍層的磷含量及沉積速率，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"之目的銅面采先長(zhǎng)無(wú)電鈀的方式反應(yīng)中有磷共析故，4-12%含磷量為常見(jiàn)。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。

　　3.3無(wú)電金

　　A. 無(wú)電金分為"置換式鍍金"與"無(wú)電金"前者就是所謂的"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(wú)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.