pcb金手指
十三 金手指,噴錫( Gold Finger & HAL )
13.1製程目的
A.金手指(Gold Finger,或稱 Edge Connector)設計的目的,在於藉由connector連接器的插接作為板對外連絡的出口,因此須要金手指製程.之所以選擇金是因為 它優越的導電度及抗氧化性.但因為金的成本極高所以只應用於金手指,局部鍍或化學金,如bonding pad等.圖13.1是金手指差入連接器中的示意圖.
B. 噴錫的目的,在保護銅表面並提供後續裝配製程的良好焊接基地.
13.2製造流程
金手指→噴錫
13.2.1 金手指
A. 步驟:
貼膠→割膠→自動鍍鎳金→撕膠→水洗吹乾
B. 作業及注意事項
a. 貼膠,割膠的目的,是讓板子僅露出欲鍍金手指之部份線路,其它則以膠帶貼住防鍍.此步驟是最耗人力的,不熟練的作業員還可能割傷板材.現有自動貼,割膠機上市,但仍不成熟.須注意殘膠的問題.
b. 鍍鎳在此是作為金層與銅層之間的屏障，防止銅migration.為提高生產速率及節 省金用量，現在幾乎都用輸送帶式直立進行之自動鍍鎳金設備，鎳液則是鎳含量 甚高而鍍層應力極低的氨基磺酸鎳(Nickel Sulfamate Ni(NH2SO3)2 )
c. 鍍金無固定的基本配方，除金鹽 (Potassium Gold Cyanide 金氰化鉀，簡稱 PGC ) 以外， 其餘各種成份都是專密的，目前不管酸性中性甚至鹼性鍍金所用的純金都 是來自純度很高的金鹽為純白色的結晶，不含結晶水，依結晶條件不同有大結晶及細小的結晶，前者在高濃度的 PGC 水溶液中緩慢而穩定自然形成的，後者是 快速冷卻並攪拌而得到的結晶，市場上多為後者.
d. 酸性鍍金(PH 3.5~5.0)是使用非溶解性陽極，最廣用的是鈦網上附著有白金，或鉭網 (Tantalam) 上附著白金層，後者較貴壽命也較長。
e. 自動前進溝槽式的自動鍍金是把陽極放在構槽的兩旁，由輸送帶推動板子行進於槽中央，其電流的接通是由黃銅電刷(在槽上方輸送帶兩側)接觸板子上方突出 槽外的線路所導入，只要板子進鍍槽就立即接通電流，各鍍槽與水洗槽間皆有緩衝室並用橡膠軟墊隔絕以降低drag in/out,故減少鈍化的發生，降低脫皮的可能。
f. 酸金的陰極效率並不好，即使全新鍍液也只有30-40% 而已，且因逐漸老化及污染而降低到15% 左右。 故酸金鍍液的攪拌是非常重要，
g. 在鍍金的過程中陰極上因效率降低而發生較多的氫氣使液中的氫離子減少，因而 PH值有漸漸上升的情形，此種現象在鈷系或鎳系或二者並用之酸金製程中都會發生。當 PH 值漸升高時鍍層中的鈷或鎳量會降低，會影響鍍層的硬度甚至疏孔度，故須每日測其PH 值。通常液中都有大量的緩衝導電鹽類，故 PH 值不會發生較大 的變化，除非常異常的情形發生。
h. 金屬污染 鉛:對鈷系酸金而言，鉛是造成鍍層疏孔 (pore)最直接的原因.(剝錫鉛製程要注意) 超出10ppm即有不良影響. 銅:是另一項容易帶入金槽的污染，到達100ppm時會造成鍍層應力破製，不過液中的銅會漸被鍍在金層中，只要消除了帶入來源銅的污染不會造成太大的害處。 鐵:鐵污染達50ppm時也會造成疏孔，也需要加以處理。
C.金手指之品質重點
a.厚度
b.硬度
c.疏孔度 (porosity)
d.附著力 Adhesion
e.外觀:針點,凹陷,刮傷,燒焦等.
13.2.2 噴錫HASL(Hot Air Solder Leveling)
A 歷史
從1970年代中期HASL就己發展出來。早期製程,即所謂"滾錫"(Roll tinning)，板子輸送進表面沾有熔融態錫鉛之滾輪，而將一層薄的錫鉛轉移至板子銅表面。目前仍有低層次單面硬板，或單面軟板使用此種製程。接下來因有鍍通孔的發展及錫鉛平坦度問題，因此垂直將板子浸入熔解的熱錫爐中，再將多餘錫鉛以高壓空氣將之吹除。此製程逐漸改良成今日的噴錫製程，同時解決表面平整和孔塞的問題。但是垂直噴錫仍計多的缺點，例如受熱不平均Pad下緣有錫垂(Solder Sag)，銅溶出量太多等，因此，於1980年初期，水平噴錫被發展出來，其製程能力，較垂直噴錫好很多，有眾多的優點，如細線路可到15mil以下，錫鉛厚度均勻也較易控制，減少熱衝擊，減少銅溶出以及降低IMC層厚度。
Ｂ. 流程
不管是垂直、噴錫or水平噴錫，正確的製造流程一樣如下:
兩種噴錫機的示意圖見圖13.2與圖13.3
C. 貼金手指保護膠 此步驟目的在保護金手指以免滲錫,其選擇很重要,要能耐熱,貼緊,不沾膠.
D. 前清潔處理 前清潔處理主要的用意，在將銅表面的有機污染氧化物等去除，一般的處理方式如下
脫脂→清洗→微蝕→水洗→酸洗(中和)→水洗→熱風乾。
使用脫脂劑者，一般用酸性，且為浸泡方式而非噴灑方式，此程序依各廠前製程控制狀況為選擇性。微蝕則是關鍵步驟，若能控制微蝕深度在0.75~1.0μm(30~40μ in)，則可確保銅面之有機污染去除乾淨。至於是否須有後酸洗(中和)，則視使用微蝕劑種類，見表。
此微蝕最佳方式，是以水平噴灑的設備為之維持一定的微蝕速率，以及控制後面水洗，熱風吹乾間隔的時間，防止再氧化的情形出現；並和噴錫速度密切搭配，使生 產速率一致。
屬於前製程嚴重的問題，例如S/M殘留，或者顯影不淨問題，則再強的微蝕都 無法解決這個問題。
前清潔處理的好壞，有以下幾個因素的影響：
13.1製程目的
A.金手指(Gold Finger,或稱 Edge Connector)設計的目的,在於藉由connector連接器的插接作為板對外連絡的出口,因此須要金手指製程.之所以選擇金是因為 它優越的導電度及抗氧化性.但因為金的成本極高所以只應用於金手指,局部鍍或化學金,如bonding pad等.圖13.1是金手指差入連接器中的示意圖.
B. 噴錫的目的,在保護銅表面並提供後續裝配製程的良好焊接基地.
13.2製造流程
金手指→噴錫
13.2.1 金手指
A. 步驟:
貼膠→割膠→自動鍍鎳金→撕膠→水洗吹乾
B. 作業及注意事項
a. 貼膠,割膠的目的,是讓板子僅露出欲鍍金手指之部份線路,其它則以膠帶貼住防鍍.此步驟是最耗人力的,不熟練的作業員還可能割傷板材.現有自動貼,割膠機上市,但仍不成熟.須注意殘膠的問題.
b. 鍍鎳在此是作為金層與銅層之間的屏障，防止銅migration.為提高生產速率及節 省金用量，現在幾乎都用輸送帶式直立進行之自動鍍鎳金設備，鎳液則是鎳含量 甚高而鍍層應力極低的氨基磺酸鎳(Nickel Sulfamate Ni(NH2SO3)2 )
c. 鍍金無固定的基本配方，除金鹽 (Potassium Gold Cyanide 金氰化鉀，簡稱 PGC ) 以外， 其餘各種成份都是專密的，目前不管酸性中性甚至鹼性鍍金所用的純金都 是來自純度很高的金鹽為純白色的結晶，不含結晶水，依結晶條件不同有大結晶及細小的結晶，前者在高濃度的 PGC 水溶液中緩慢而穩定自然形成的，後者是 快速冷卻並攪拌而得到的結晶，市場上多為後者.
d. 酸性鍍金(PH 3.5~5.0)是使用非溶解性陽極，最廣用的是鈦網上附著有白金，或鉭網 (Tantalam) 上附著白金層，後者較貴壽命也較長。
e. 自動前進溝槽式的自動鍍金是把陽極放在構槽的兩旁，由輸送帶推動板子行進於槽中央，其電流的接通是由黃銅電刷(在槽上方輸送帶兩側)接觸板子上方突出 槽外的線路所導入，只要板子進鍍槽就立即接通電流，各鍍槽與水洗槽間皆有緩衝室並用橡膠軟墊隔絕以降低drag in/out,故減少鈍化的發生，降低脫皮的可能。
f. 酸金的陰極效率並不好，即使全新鍍液也只有30-40% 而已，且因逐漸老化及污染而降低到15% 左右。 故酸金鍍液的攪拌是非常重要，
g. 在鍍金的過程中陰極上因效率降低而發生較多的氫氣使液中的氫離子減少，因而 PH值有漸漸上升的情形，此種現象在鈷系或鎳系或二者並用之酸金製程中都會發生。當 PH 值漸升高時鍍層中的鈷或鎳量會降低，會影響鍍層的硬度甚至疏孔度，故須每日測其PH 值。通常液中都有大量的緩衝導電鹽類，故 PH 值不會發生較大 的變化，除非常異常的情形發生。
h. 金屬污染 鉛:對鈷系酸金而言，鉛是造成鍍層疏孔 (pore)最直接的原因.(剝錫鉛製程要注意) 超出10ppm即有不良影響. 銅:是另一項容易帶入金槽的污染，到達100ppm時會造成鍍層應力破製，不過液中的銅會漸被鍍在金層中，只要消除了帶入來源銅的污染不會造成太大的害處。 鐵:鐵污染達50ppm時也會造成疏孔，也需要加以處理。
C.金手指之品質重點
a.厚度
b.硬度
c.疏孔度 (porosity)
d.附著力 Adhesion
e.外觀:針點,凹陷,刮傷,燒焦等.
13.2.2 噴錫HASL(Hot Air Solder Leveling)
A 歷史
從1970年代中期HASL就己發展出來。早期製程,即所謂"滾錫"(Roll tinning)，板子輸送進表面沾有熔融態錫鉛之滾輪，而將一層薄的錫鉛轉移至板子銅表面。目前仍有低層次單面硬板，或單面軟板使用此種製程。接下來因有鍍通孔的發展及錫鉛平坦度問題，因此垂直將板子浸入熔解的熱錫爐中，再將多餘錫鉛以高壓空氣將之吹除。此製程逐漸改良成今日的噴錫製程，同時解決表面平整和孔塞的問題。但是垂直噴錫仍計多的缺點，例如受熱不平均Pad下緣有錫垂(Solder Sag)，銅溶出量太多等，因此，於1980年初期，水平噴錫被發展出來，其製程能力，較垂直噴錫好很多，有眾多的優點，如細線路可到15mil以下，錫鉛厚度均勻也較易控制，減少熱衝擊，減少銅溶出以及降低IMC層厚度。
Ｂ. 流程
不管是垂直、噴錫or水平噴錫，正確的製造流程一樣如下:
兩種噴錫機的示意圖見圖13.2與圖13.3
C. 貼金手指保護膠 此步驟目的在保護金手指以免滲錫,其選擇很重要,要能耐熱,貼緊,不沾膠.
D. 前清潔處理 前清潔處理主要的用意，在將銅表面的有機污染氧化物等去除，一般的處理方式如下
脫脂→清洗→微蝕→水洗→酸洗(中和)→水洗→熱風乾。
使用脫脂劑者，一般用酸性，且為浸泡方式而非噴灑方式，此程序依各廠前製程控制狀況為選擇性。微蝕則是關鍵步驟，若能控制微蝕深度在0.75~1.0μm(30~40μ in)，則可確保銅面之有機污染去除乾淨。至於是否須有後酸洗(中和)，則視使用微蝕劑種類，見表。
此微蝕最佳方式，是以水平噴灑的設備為之維持一定的微蝕速率，以及控制後面水洗，熱風吹乾間隔的時間，防止再氧化的情形出現；並和噴錫速度密切搭配，使生 產速率一致。
屬於前製程嚴重的問題，例如S/M殘留，或者顯影不淨問題，則再強的微蝕都 無法解決這個問題。
前清潔處理的好壞，有以下幾個因素的影響：
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