印制板的金面氧化改善

曹卓

（奧士康精密電路（惠州）有限公司，廣東 惠州 516200）

0 前言

化學(xué)鍍金此種表面涂飾因其良好的抗氧化及助焊性能而備受青睞，但化學(xué)鍍金就是很難避免金面氧化問(wèn)題。嚴(yán)重的金面氧化會(huì)導(dǎo)致焊錫性欠佳，焊點(diǎn)強(qiáng)度不足，焊點(diǎn)后續(xù)可靠度降低等問(wèn)題。金面氧化的改善就成為了擺在眾多PCB板廠面前的難題，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，淺析了金面氧化的成因和相應(yīng)的改善對(duì)策。

1 金面氧化的現(xiàn)象

金的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，難于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，甚至連高濃度的硫酸如此強(qiáng)的氧化劑都不能氧化金。所以，金面氧化一詞實(shí)在是不甚嚴(yán)謹(jǐn)。本行業(yè)所說(shuō)的金面氧化一般分為兩種，一是金層下鎳層的氧化，另一種是金面上沾有其他污染物，污染物氧化導(dǎo)致的金面變色現(xiàn)象。

1.1 鎳氧化導(dǎo)致的金面氧化現(xiàn)象

目前的化學(xué)鍍金工藝中，都會(huì)在金與銅的中間鍍上一層鎳層，用鎳來(lái)分隔金層與銅面。但鎳作為分隔層，存在氧化的風(fēng)險(xiǎn)。不論是化學(xué)鍍金時(shí)鎳的過(guò)度氧化留在金鎳界面間，還是因?yàn)榻饘舆^(guò)薄，高溫作用下鎳擴(kuò)散至金面被氧化而成為氧化鎳。都會(huì)導(dǎo)致板面出現(xiàn)發(fā)黑的現(xiàn)象。若嚴(yán)重時(shí)就會(huì)造成業(yè)界所說(shuō)的“黑墊”現(xiàn)象。下圖1為鎳遷移至金面被氧化的EDS分析，分析顯示Ni元素含量較低而O元素含量很高，這是因?yàn)殒嚁U(kuò)散并氧化導(dǎo)致。

2.2 金表面污染導(dǎo)致的金面氧化現(xiàn)象

化學(xué)鍍金板尚需經(jīng)外型，電測(cè)及成檢三道工序方可出貨，在此過(guò)程中，若金表面被雜質(zhì)污染，就會(huì)形成氧化現(xiàn)象。特別是有半塞孔設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，若清洗時(shí)開(kāi)窗面朝上，甚至存在孔內(nèi)藏有藥水未能烘干，待后工序加工時(shí)又?jǐn)U散出來(lái)而污染金面的可能。從圖2、圖3的EDS分析對(duì)比中，不難看出，上錫不良板C元素含量較高，且同時(shí)還出現(xiàn)Cu元素,這說(shuō)明此板不僅存在金面的污染，同時(shí)還有刮傷露銅的問(wèn)題存在。

圖1 客訴上錫不良板的EDS分析（一）

2 金面氧化的原因分析和改善措施

2.1 手指印類金面氧化

此類金面氧化為制程操作人員未戴手套，或手套較臟時(shí)拿板造成。取50塊金面檢查合格無(wú)氧化的板，分為兩組。第一組裸手按在板面大Pad上，第二組戴較臟的手套按在板面大Pad上，放置12 h待檢，均出現(xiàn)較為明顯的手指印類金面氧化。此類氧化均可通過(guò)重新清洗的方式除去。針對(duì)手指印類氧化，我司已要求化學(xué)鍍金后制程操作人員在對(duì)金板進(jìn)行加工時(shí)必須佩戴干凈的PU手套，金板所用之手套與其他板所用手套區(qū)分開(kāi)來(lái)，不得混用。金板加工所用的PU手套需及時(shí)更換。

2.2 清洗時(shí)板未烘干造成的金面氧化

此類氧化多見(jiàn)于有半塞孔設(shè)計(jì)的PCB，當(dāng)半塞孔的開(kāi)窗面朝上經(jīng)過(guò)清洗線時(shí)，DI（去離子水）或藥水就會(huì)進(jìn)入孔中，由于孔的另一端被阻焊油墨塞住，藏于其中的水或者藥水無(wú)法流出，在這種情況下，即使烘干段烘干能力合格，也無(wú)法完全除去藏于小孔中的水。轉(zhuǎn)下工序待加工或包裝待出貨時(shí)，小孔中的水就會(huì)慢慢擴(kuò)散于金面，甚至污染相鄰板的板面。在驗(yàn)證試驗(yàn)中，我們首先檢驗(yàn)了金板清洗線的烘干能力，檢驗(yàn)結(jié)果顯示烘干能力合格。然后我們?nèi)?0塊有半塞孔設(shè)計(jì)，金面檢驗(yàn)無(wú)氧化的板，全部以開(kāi)窗面朝上的方式放入清洗線中，待清洗完畢，疊放在已清潔干凈的小框內(nèi)，放置12 h后檢驗(yàn)，即分別有孔Pad本身氧化和無(wú)孔Pad遭相鄰板污染氧化。

針對(duì)此類氧化，我公司要求每月對(duì)化學(xué)鍍金后制程的所有金板清洗線做兩次烘干能力測(cè)試。此外，若有半塞孔設(shè)計(jì)較多的板，則清洗時(shí)需以開(kāi)窗面朝下的方式送入清洗線，過(guò)清洗后放置待檢時(shí)，需每片用柔軟潔凈的白紙隔開(kāi)。以減少半塞孔孔內(nèi)殘留水汽導(dǎo)致的金面污染。

2.3 水洗槽或藥水槽較臟造成的金面氧化

此類氧化是因其水槽較臟，雜質(zhì)較多，污染了其中的DI水或者藥水，當(dāng)板經(jīng)過(guò)被污染的水清洗后過(guò)烘干段，高溫會(huì)迅速蒸干其中的水分，雜質(zhì)則會(huì)收縮到Pad的邊緣造成氧化。

圖2 客訴上錫不良板的EDS分析（二）

圖3 正常板的EDS分析

此類氧化的改善需解決水源、供水管道及清洗線換槽頻率的問(wèn)題。水源方面，由于使用DI水，需重點(diǎn)關(guān)注DI水的生產(chǎn)裝置，尤其是離子交換機(jī)的清潔問(wèn)題。供水管道需要定期清潔，確保其干凈，以免在輸送過(guò)程中產(chǎn)生污染。清洗線的換槽頻率必須按照操作指引按時(shí)換槽保養(yǎng)。

3 結(jié)論

金面氧化是一個(gè)涉及眾多工序的復(fù)雜問(wèn)題。在化學(xué)鍍金制程中，需要重點(diǎn)管控前處理、化學(xué)鍍鎳，化學(xué)鍍金及后處理的各項(xiàng)參數(shù)。化學(xué)鍍金后的外型、電測(cè)和FQC，從人員角度出發(fā)，需要重點(diǎn)關(guān)注工序人員的操作規(guī)范性;從設(shè)備角度出發(fā)，需重點(diǎn)關(guān)注清洗線的烘干能力;從物料角度出發(fā)，應(yīng)注意水平線所用藥水的濃度，及DI水的潔凈度；從方法角度出發(fā)，對(duì)于特殊設(shè)計(jì)的板，應(yīng)采用特殊方法應(yīng)對(duì);從環(huán)境角度出發(fā),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的清潔度問(wèn)題。