1、2019/2/2,1,化鎳金製程教育訓練 ENIG Process Training,伊希特化股份有限公司 Rookwood Electrochemicals Asia Ltd.,2019/2/2,2,內容大綱,表面處理概要 OMG化學鎳浸金製程特色 化學鎳浸金製程概論 化學鎳浸金製程流程 化學鎳浸金製程管理監控 前製程對化學鎳浸金製程的影響 化學鎳浸金製程常見的問題,2019/2/2,3,簡介:表面處理概要,何謂化鎳金？(ENIG, Electroless Nickel Immersion Gold) 為Metal Finish之一種，其是在被催化的銅面上沉積兩層金屬的製程。利用金低接觸電阻
2、及不易氧化的特性，對線路提供良好的傳導及保護；鎳層則是焊錫時之焊點並提供銅金中間緩衝層，避免銅和金互相的擴散或遷移。,2019/2/2,4,化學鎳浸金製程概論,使用化學鎳浸金製程目的 焊墊表面平坦適合焊接 墊面接觸導通優異 具良好打線能力 高溫不氧化可作為散熱表面,2019/2/2,5,TMRC Data,2019/2/2,6,化鎳金特色焊墊表面平坦適合焊接 墊面之接觸導通優異 具良好打線能力 高溫不氧化可做為散熱之表面,2019/2/2,7,化鎳金製程厚度控制Ni/P層：60400 ”Au 層： 1 3 ”,2019/2/2,8,化鎳金產品特色 是專門針對PCB使用之化學鎳 硫酸鈀系列活化藥
3、水 銅離子濃度上升慢，槽液壽命長 中磷系列之化學鎳產品 不需做起鍍處理 槽液無板量負載最低之限制 化鎳槽液操作壽命可達5 個MTO 藥液穩定，控制容易 與綠漆搭配性良好 封裝時無黑墊之情形,2019/2/2,9,90239023SF AC-18,清潔,水洗,酸浸,水洗,H2SO4/H2O2SPS/H2SO4PP-100/H2SO4,微蝕,H2SO4,預浸,水洗,9025M9025LP,活化,水洗,9026M,化學鎳,水洗,90279027SG,浸金,H2SO4,水洗,後處理（清洗烘乾）,酸浸,水洗,H2SO4,OMG化鎳金標準流程,2019/2/2,10,化鎳金反應示意圖I,Pd2+,Cu2+
4、,活化,Cu,Ni-P,Cu,Ni-P沉積,Ni-P成長,化學鎳,2019/2/2,11,化鎳金反應示意圖II,Au,Au+,Ni2+,Au 沉積,化鎳金層,Au+,2019/2/2,12,藥液特性及操作條件,2019/2/2,13,Acid Cleaner(酸性清潔) AC-18,作用 去除銅面上指紋、油漬及氧化物 降低槽液表面張力，以達更好之潤濕效果 不傷害綠漆及乾膜 操作條件 濃度：105 % 溫度：405 浸泡時間：41 min 當槽頻率：300 BSF/Gal,2019/2/2,14,Micro-Etch(微蝕),作用 可使用H2SO4/H2O2或SPS系列 去除銅面氧化物 使銅面微
5、粗化，使化學鎳有良好的附著能力 微蝕量控制在30-100”左右 不同微蝕劑對金面外觀光亮程度表現 Acid Dip H2O2 PP-100 SPS,2019/2/2,15,H2SO4/H2O2與SPS微蝕系列比較,2019/2/2,16,酸浸 H2SO4,作用 去除板面上之銅鹽 操作條件 濃度：2-6 % 溫度：R.T. 浸泡時間：1 min 當槽頻率：100 BSF/Gal or 0.2 g/l Cu,2019/2/2,17,Pre-Dip(預浸) H2SO4,作用 去除板面上之金屬氧化物 當作犧牲溶液，避免活化槽受到污染，並維持其酸度。 操作條件 濃度：2-5 % 溫度：R.T. 浸泡時間
6、：1 min 當槽頻率：100 BSF/Gal or 0.2 g/l Cu,2019/2/2,18,Activator(活化) 9025M,特色 使用硫酸鈀，不含氯離子 槽液壽命長 可在室溫下操作 穩定性高,2019/2/2,19,作用 在銅面上行置換反應，沉積一層鈀，作為化學鎳反應之催化劑。反應機構陽極 Cu Cu2+ + 2e- (E0 = -0.34 V)陰極 Pd2+ + 2e- Pd (E0 = 0.98 V)全反應 Cu + Pd2+ Cu2+ + Pd,2019/2/2,20,操作條件 配槽： 9025MA：2.5% 9025MB：20% 濃度控點： 鈀強度：5020 ppm 酸
7、值：202 % 溫度：1530 浸泡時間：4515 sec 當槽頻率：3 MTO or 0.15 g/l Cu,2019/2/2,21,Acid-Dip(後浸) H2SO4,作用 去除板面上之多餘的鈀離子 操作條件 濃度：8-12 % 溫度：R.T. 浸泡時間：1 min 當槽頻率：100 BSF/Gal or 0.2 g/l Cu,2019/2/2,22,Eless Ni(化鎳) 9026M,特色 槽液操作壽命可達 5 個MTO 不需做起鍍處理 鎳層平均沈積速率 0.22 microns/min 槽液無板量負載最低之限制，就算板負載量為 0.1 ft2/gal ,沈積速率仍為0.22 mic
8、rons/min 只需兩劑等比例添加就可穩定控制鎳離子濃度及pH值,2019/2/2,23,作用 以氧化還原法於銅面上沉積一層鎳。各成份及其作用如下： 硫酸鎳：提供鎳離子 次磷酸鈉：當作還原劑，使鎳離子還原為金屬鎳 錯合劑： 降低槽液中自由鎳離子的濃度 避免鎳鹽或亞磷酸鹽的沉澱 當作pH緩衝劑 安定劑：穩定槽液，避免析出。,2019/2/2,24,反應機構 陽極H2PO2-+H2O H2PO3-+ 2H+ 2e- 陰極Ni2+ 2e- Ni2H+ 2e- H2H2PO2-+ e- P + 2OH-,2019/2/2,25,操作條件 配槽 9026BMM：14% 9026AM ：4.0% 902
9、6DM ：2.6 ml/l 濃度控點： Ni：4.8 g/l (4.66.4 g/l ) NaH2PO2: 30 g/l (2436 g/l ) pH：4.9 (4.75.1) 溫度：823 浸泡時間：依鎳層厚度而定 當槽頻率：5 MTO （5倍配槽添加量）,2019/2/2,26,注意事項：,槽液添加為9026AM,9026CM等比例添加 9026AM之添加量不得高於配槽量的10% 槽液中pH值之調整使用50%v/v氨水或5%v/v試藥級硫酸 槽液循環需48 Turn 槽壁另加防析出棒，電壓控制於0.9V,2019/2/2,27,化鎳槽硝槽及清洗程序,將化鎳槽槽液排出。 加入30%(w/w)
10、硝酸，於50下啟動循環pump至少24小時。 排出硝酸，清洗槽壁，再加入DI水清洗循環15分鐘後排出。 加入2%氨水清洗循環至少一小時後排出。 再加入DI水清洗循環15分鐘後排出。 加入5%9026BMM循環至少二小時後排出(可省略)。,2019/2/2,28,化鎳槽建浴法,槽中置入約1/2槽積之D.I.水 加入14%9026BMM 加入4%9026AM 再加入2.6ml/l之9026DM 補水至液位高度。 打開循環過濾並加溫。 使用50%v/v氨水或5%v/v試藥級硫酸，調整pH至4.8,2019/2/2,29,Immersion Au(浸金) 9027SG,作用 在鎳面上行置換反應，沉積一
11、層金，以保護鎳層，防止氧化，並提供接觸導通之用。 特色 不需額外分析，操控容易 藥液操作範圍廣。,2019/2/2,30,反應機構陽極 Ni Ni2+ + 2e-陰極 Au(CN)2-+ e- Au + 2CN-2Au(CN)2-+ Ni 2Au + 4CN- + Ni2+,2019/2/2,31,操作條件 配槽 9027SG ：10% ST 25:5% PGC：0.5 g/l 濃度控點： Au：0.5 g/l (0.4 1.0 g/l ) pH：4.5 (4.34.8) 溫度：805 浸泡時間：依金層厚度而定 當槽頻率：800 ppm Ni or 6 ppm Cu(依鎳離子而變),2019/
12、2/2,32,製程概論：藥水（浸金）,操作溫度：85C；當浸泡時間為10-15分鐘，其沉積厚度可達 3 4u” 預縮短反應時間可搭配加速劑使用，當80C浸泡時間為5 7分鐘時，其沉積厚度可達2.0 3u” 針對產品對浸金疏孔性要求（，提供9027SG以符合低疏孔性的需求,附件一：藥液操作條件,2019/2/2,33,注意事項：,槽液循環需610 Turn 配槽後pH約4.35，以20% (試藥級)氨水或檸檬酸調整至pH=4.35。 每添加金鹽100克需添加1L ST 25 沉積速率：0.350.4”/min,2019/2/2,34,製程概論：設備（需求 - 1）,槽稱 循環方式 加熱方式 酸性
13、清潔劑 循環過濾 皆可 熱水洗 空氣 皆可 市水洗 2 空氣 無 微蝕 循環過濾/空氣 石英 市水洗 2 空氣 無 酸浸 空氣 皆可,2019/2/2,35,製程概論：設備（需求 - 2）,槽稱 循環方式 加熱方式 市水洗 2 空氣 無 預浸 無 無 活化 溢流循環過濾 石英 純水洗 2 無 無 後浸 循環馬達 無 純水洗 2 無 無,2019/2/2,36,製程概論：設備（需求 - 3）,槽稱 循環方式 加熱方式 化學鎳 溢流循環 SS 316或水浴 純水洗 3 無 無 浸金 循環馬達 石英 純水洗 2 無 無 熱水洗 空氣 皆可,附件二：設備規格,2019/2/2,37,製程概論：設備（化
14、學鎳槽）,馬達,加熱器 SUS 316,整流器,馬達,整流器,馬達,2019/2/2,38,Peeling & Thickness Test,取約5*5大小之銅面板或量產板，伴隨量產板一起走完化鎳金線。 銅面板使用3M 600or610膠帶試拉，不可有金殘留。 量產板則以膜厚儀量測鎳金厚度，以確定鎳槽及金槽時間。註：1.Peeling Test每日首掛均要做。2.Thickness Test於更換不同料號不同鎳金厚度時均要做。,2019/2/2,39,Etching Amount Test,取任一 大小之銅面板(不含孔) 用水洗淨,置於烤箱,設定110 ,烘烤 10 分鐘 取出冷卻3分鐘,稱重
15、至小數點以下4位,記錄為 W1 穿線綁於掛架,與生產板一起走微蝕槽。 取出水洗,置於烤箱,設定110 ,烘烤 10 分鐘 取出冷卻3分鐘,稱重至小數點以下4位,記錄為 W2 計算公式 : 參考範圍 : 2050 “,2019/2/2,40,化學鎳浸金製程管理控制,前處理製程 板子清潔度（防焊、顯影、錫鉛、殘銅） 化學鎳浸金製程：化學鎳 防析出裝置：電流上升變化（定電壓：0.9V） 分析系統：循環狀況、分析值變化 添加系統：9026AM、CM等量消耗 化學鎳異常處理 後處理製程：清洗烘乾 限純水（無藥水）、勿熱疊板,2019/2/2,41,化學鎳異常處理,翻槽藥液損失 同配槽比例添加藥液（902
16、6AM、BMM、DM） 9026AM添加過高 高於控制點 0.3 g/L以上：當槽 高於控制點 0.3 g/L以內：暫停添加 9026CM添加過低 低於控制點 0.3 g/L以上：當槽 高於控制點 0.3 g/L以內：少量多次添加,附件三：藥液分析處置,2019/2/2,42,前製程化學鎳浸金製程的影響,鑽孔、裁邊：粗糙度過大（跳鍍、孔露銅） PTH：殘鈀（Non PTH孔上金） 電鍍銅：均擲力太差或銅易咬（過蝕） 蝕刻：殘銅（散鍍） 鍍、剝錫鉛：錫鉛殘留（跳鍍） 防焊 銅面不潔：防焊、顯影、溶劑殘留（Peeling、露銅、粗糙） 塞孔不良：兩面塞孔有破、單面塞孔不良（跳鍍）,2019/2/2
17、,43,Au/Ni結構,Au/Ni結構,Au/Ni結構(刷磨重工),Au/Ni結構(輕刷),SEM-Au/Ni結構,2019/2/2,44,SEM-Au/Ni結構,疏孔,疏孔,從上圖可看見有嚴重疏孔現象,2019/2/2,45,顯微鏡-Au/Ni結構,2019/2/2,46,IMC層切片,2019/2/2,47,X-ray量測示意圖,Ni:133uin Au:3.5uin,Ni:130uin Au:2.8uin,建議量測範圍為50%,2019/2/2,48,點1,點2,點3,點4,點5,光學點 1,光學點 2,不同PAD與不同程式量測之比較,2019/2/2,49,X-ray 型號CMI 90
18、0,2019/2/2,50,連孔跳鍍,生產時常見之問題講解,2019/2/2,51,獨立 Pad跳鍍,1.生產時有黏板現象。 2.銅面上有Scum殘留。 3.活化槽鈀未吸附在銅上。,1.注意插板時板與板間距。 2.板子化金前需進行輕刷，避免板面清潔度不足。 3.檢查鈀槽活化強度，調整至Pd=40ppm以上。,2019/2/2,52,金面色差,1)Ni槽補充異常 2)Ni槽攪拌太強(循環量) 3)Ni槽金屬雜質污染 4)綠漆溶入鍍液中 5)Ni槽活性太差 6)活化不良,2019/2/2,53,跳鍍(SkipPlating),1)鎳槽活性不良(pH過低,溫度過低) 2)氨水遭有機物污染 3)902
19、6DM未添加,2019/2/2,54,散鍍,2019/2/2,55,長腳,1.當Pd槽受Cl-污冉染時會有嚴重長腳現象。 2.當Pd槽之Cl-5ppm及會有長腳出現。 3.溫度太高 4.蝕刻有殘足,當掉污染之槽液，洗槽後重新配製一新的Pd槽，並注意配槽時純水的Cl-含量 調整溫度 增加微蝕量,2019/2/2,56,指孔內應該上化鎳金的部分，並未上化學鎳與金,生產時有黏板現象。 在化學鎳槽時孔內有氣泡殘留。 在化學金槽時孔內有氣泡殘留。,注意插板時板與板間距。 於鎳槽須搖擺約30-45度。 於鎳槽須加裝震盪器。 於金槽須搖擺約30-45度。,2019/2/2,57,孔邊及大銅面均跳鍍 孔內有發
20、現白色異物，EDS分析可發現大量的Sn及Pb存在,噴錫退洗後走化鎳金跳鍍現象。,此板無法重工及化金。,2019/2/2,58,化金後金面變紅但鎳及金厚度均正常,後水洗槽或水平之後清洗線水質受酸污染。,更換金槽後水洗槽或是水平之後清洗線水洗槽 。,2019/2/2,59,SMT Pad 發白,微蝕槽污染銅面。 銅面不潔。 鎳沉積太快11uin。,更換微蝕槽。 多走幾次前處理後再走化金。 調整鎳之沉積速率。,2019/2/2,60,露銅,銅面不潔。,1.加強前處理。 2.改善前製程(如防焊或去膜) 。,2019/2/2,61,未清洗前,清洗後,擦拭後,水紋氧化,後水洗槽或水平之後清洗線水洗不淨。
21、烘乾不良。,更換金槽後水洗槽或是水平之後清洗線水洗槽 。 清洗海綿滾輪及檢查烘乾段。,2019/2/2,62,化金後金面色差並發現鎳厚度不足有鎳粗現象,鎳槽還原劑過高而其它藥液均正常。,1.Dummy鎳槽且開自動添加讓安定劑與螯合劑達平衡。 2.更換鎳槽因為此異常槽液已失效。 3.以下圖片為鎳槽還原劑為48g/L時 之情形。,2019/2/2,63,亮點現象,1.表面清潔不足。 2.清潔劑殘留造成微蝕槽咬蝕不均。 3.清潔槽震盪不足於清潔時泡泡殘留於表面。,1.選擇表面張力較低的清潔劑。 2.提高清潔劑濃度。 3.清潔劑槽液太老舊更換之。 4.於清潔槽加裝震盪器。,2019/2/2,64,化鎳
22、金製程後綠漆變色,1.防焊烤箱異常溫度不足。 2.烘烤時間不足。 3.綠漆厚度過厚、過薄。,1.檢查烤箱溫度設定及標準操作時間。 2.檢查綠漆厚度是否正常。 3.化金後之不良板以後烘烤(Post Curing)可以改善。,2019/2/2,65,防焊綠漆上有鍍金情形,1.防焊本身破洞露銅。 2.防焊後刮傷露銅 。,1.檢查防焊網板有無髒點，導致露銅。 2.避免人為搬運之刮傷問題。,2019/2/2,66,金面Peeling,1)自動線重複化鎳金,2019/2/2,67,金面凹陷,1)銅面異物殘留(如乾膜,綠漆),2019/2/2,68,金面紅斑,1)金厚度不足 2)薄金浸鍍時間過長 3)水洗水發霉 4)金藥液污染(Fe) 5)有機污染(綠漆溶出) 6)高溫疊板 7)金槽Cu含量過高,
