化镍浸金（ENIG）大批量生产之自动联机可分为三大部份:

(1)前处理：绿漆后之刷磨、微蚀（或酸洗）、水洗、吸水滚轮与热风吹干之水平联机，将烤绿漆造成待镀铜面的过度氧化物，进行机械法为主化学为辅之彻底清除。
(2)本制程：逐槽上下进出操作，自脱脂起至金回收与水洗，共约十站。
(3)后处理：又改回水平联机，含冷水冲洗、纯水漂净、与吸水滚轮，热风快速吹干及彻底再吹冷等。
然后再进入后段流程；如印白字（目前已有先印UV型白字，并稍加烤硬以增强耐化性）与切外形及品检，之后还须再联机水洗与烘干，才能包装出货。

 

　　由于上述之前处理，本线与最后工作等三段，不一定是在同一厂地同一时间所进行，故其运输与暂存之动作皆应尽量避免潮湿（如小孔内的湿气）与高温，以减少后续底镍层的继续劣化（Degradation）。

 

　　本文将从三段式自动联机的实务管理说起，再分别引申到三大品质问题（露铜、长胖与变色）的现象、原因，与影响等深入说明，并同时提出有效的解困办法，希望对业者在实务上有所帮助。

 

 

　　ENIG的直接前制程是绿漆（S/M）工程，但影响到孔环或焊垫“长胖”（Extraneous plating）与某些长垫方垫“露铜”（Skip plating）的原因，却要追溯到更上游的蚀刻成线、剥锡铅、与绿漆的显像（Developing）等步骤，现逐一说明之。

2.1蚀刻不良──ENIG长胖

　　上游成线蚀刻进行时，若铜箔棱线踏入板面树脂太深者，蚀刻后密集焊垫边缘根部附近的板材中，可能还留有残铜碎瘤。一直要到ENIG后才可能发现垫边长胖或局部突出等恶性扩张，此时不但要追究蚀刻制程，甚至还要远溯到压合与铜箔去。另外要注意的是，蚀刻后线边垫边之上缘，是否出现不良的“悬边”（Overhang），这种随时会断的鬼东西经常会带来麻烦。

2.2 剥锡不良──ENIG露铜

　　蚀刻成线后的剥锡铅（或剥纯锡）也要小心，须注意其电镀铜表面，是否尚留有剥除未尽的浅灰色IMC存在。果真如此，则各种刷磨与酸咬都奈何不了他，最后恐将难逃露铜的宿命。因铜面上一旦有Zn、Cd、Pb、Sb、Bi、S、Cr等“毒药”之残迹时，都将强力抑制化镍皮膜的生长，其中尤以锡（Sn）、铅（Pb）、与硫（S）等经常会出现在板面的铜垫上，去除未尽时即有可能露铜，而铬（Cr）甚至只要2-3ppm，化镍皮膜的生长就会打烊。

2.3 NPTH孔壁钯层钝化之硫醇残迹──ENIG露铜

　　现行的NPTH做法，已经不再逐一塞入小辣椒以节人力。代而起之的是在一次全面镀铜后贴干膜时，顺便将NPTH也都一并蒙上，于是二铜锡铅与蚀刻后，虽然各NPTH的孔内已被咬得全无铜壁，但化铜前阴魂不散的钯层，却丝毫无损不动如山。

 

　　这种板子一旦进入ENIG之中，其不该上镍上金的非通孔，对于ENIG的接纳却丝毫不逊正常焊垫甚至过之，不免令人为之气结。

　　于是剥锡铅之前只好先将板子浸泡一种硫醇槽液，以钝化掉NPTH孔内的钯层，而于后来ENIG之际不再作怪。不幸的是硫醇处理后冲洗不洁时，难免就会带硫进入剥锡铅槽，使得剥后的铜垫或侧缘也多少沾上了硫。铜面的硫是化镍反应的死对头之一，因而想要彻底防止露铜就难上加难了。

2.4绿漆品质不良──ENIG露铜

　　绿漆本身的耐化性（Chemical Resistance）要够好，才能耐得住ENIG高温长时间的化学攻击（平均82-86℃，两槽共约20-30分钟）。各种S/M中以PSR-4000的Z-100型的耐化性最好（但解像度却不见得杰出）。大凡此项本领不佳者，ENIG之后的绿漆色泽将会被漂洗而变浅。也就是说绿漆配方中的若干有机物已溶入化镍浸金槽液中，久之势必带来为害不轻的污染。通常铜面的绿漆厚度不宜低于0.2mil，否则ENIG之后常会出现发白的现象，也是被退的缺点之一。

2.5绿漆显像不良──ENIG露铜

　　绿漆显像不足常使铜垫上留有未能尽除的透明残膜（Scum），此残膜中不但含有Na2CO3与消泡剂，并另有已溶入的绿漆成份，一旦附着铜面而又遭后续之高温烘烤，就会将与铜面勾搭成为难以去除的“错化物”（Complexing Compound），而不仅只是稀松平常的氧化物（Oxides）而已。

 

2.5.1显像后水洗不良，或吸水滚轮的再污染──ENIG露铜

　　此处水洗的对象是大量湿滑的碱性物质，必须要用充足的自来水冲洗才完全清除。纯水仅具冲淡作用根本洗不掉碱性化学品，一律用纯水清洗，是有钱而无知的蛮干法。正确操典是在快速烘干之前才过门纯水，以避免不良水痕的附着。您若不服气，可试试抹了肥皂的双手，一手冲纯水另一手冲自来水，效果如何连三岁的娃娃也能立判。真相就是如此简单，千万别脸红脖子粗糗事又不止这一桩，干嘛还磨不开！

 

　　有时候显像与水洗都还不错，但热风吹干前的陈年吸水滚轮，却是出奇的骯脏，反而把洗净的板子又给滚涂成了残膜的附着，成事不足败事有余。只要用手去摸摸吸水轮面有无滑滑腻腻，就知道是否该洗该换了。任何看不见的Scum只要烘烤老化变质（与铜金属发生错化反应）后，想要在正常流程中去彻底清除，堪称机会不大。不过一般在喷锡板操作时，这种恼人的残膜反而是芝麻小事一椿，高温强风与助焊剂的联手，甚至一次不够再加一码下，早已灰飞烟灭无影无踪了。

2.5.2烘干未冷透即叠板，造成铜面异常氧化──ENIG长胖或S/M破边

　　显像及联机水洗烘干冷却后，进入下一站热烤硬化前常需暂存或搬运，以配合生产计划或不同场地，倘未干透冷透而径行叠板者，中央部份铜面的异常氧化就会上演，又经S/M长时间烘烤后，斑点或驳面都将一一亮相。此异常氧化一旦出现在“绿漆设限”（Solder Mask Defined）的边缘，当其进入前制程与ENIG本线的微蚀槽时，药水对该种厚氧化铜的松软区，将会集中力量大肆攻击，造成S/M正下方被侧攻侵入，以致绿漆失根掏空。加以ENIG更会在毛细作用的帮忙下趁虚而入，形成另一种台面下的“长胖”。

 

　　有时S/M中并未异常氧化，但若前后联机的两道微蚀过度发威时，也会在绿漆着落与铜面交界处，发生这种挖墙脚的情形。而且这种粗心大意的“热叠板”（即使有隔纸之下），也常在其它水洗烘干联机中不断发生，只是管理者难以发现而已，夜班毛病尤其多多。

2.6 绿漆烘烤硬化后铜面异常氧化──ENIG露铜

　　正常烤漆后其干净铜应呈现暗紫红色，凡经前处理的刷磨与ENIG本线的微蚀，即可得到纯洁的铜面。但原本污染不洁的铜面，烤绿漆后极可能会呈现残膜的顽固附着，ENIG后露铜的机会也将大增。

　　且绿漆也不宜过度烘烤，以防变质脆化以致附着力变差，而增加在ENIG之后的局部破碎脱落。镍槽与金槽的温度超过88℃时，也都将会伤及S/M，进而增多露铜的机会。超温甚至还会有底镍黑垫的可能。

2.7 化镍浸金前之联机预刷清洗

2.7.1水压太小或无水冲洗──ENIG垫边长胖或嵌入绿漆

　　烘烤S/M后暗紫色的铜面氧化物，须经金钢刷（指有机纤维的刷毛中沾附有金刚砂者）搭配强力冲水下进行刷磨。正常之刷幅应在0.7-1.0cm之间，压力太大可能造成绿漆的雾化。一旦无水或水压不足时，则在缺乏滑润与冲走下，会造成在垫边聚集或绿漆嵌入之铜粉，此时的绿漆外观会呈现局部黑斑。进入ENIG的本线时就会在钯槽中接受活化的款待，后站中就会冒出不该有的镍金。此等败绩不但形成局部垫边长胖，且绿漆表面的镍金还很不容易抠掉呢。

 

2.7.2维修刷毛减少露铜

　　常用之刷毛以刷出＃1000的粗度为宜。由于水平输送具有左中右三条跑道，以中央路线的机会最为频繁。久而久之造成刷毛长短不均影响刷铜效果，常会造成板边各垫面的露铜。此时应采不锈钢板上贴有粗砂纸的“整刷板”，去对刷毛修整维护，以保持均匀刷磨。

　　不过目前手机板流行选择性ENIG与OSP，两种皮膜共存的场面，则在做化镍浸金的前流程时，须用干膜（杜邦的W-250，即下左图之蓝色者）覆盖后续OSP管区的铜面。如此一来当然就不能再照章刷磨，以保护干膜的安全。所剩节目也只能靠微蚀的单独表演了。

 

2.7.3小型焊垫处理困难──强度不足

　　即使全面能刷的手机板，其基频区中三、四颗CSP的超小焊垫，也很难得到良好的磨刷成果。此等躲藏在组件肚子底下的微小焊垫，一向是焊性不良焊点不强的隐忧。国立中央大学化工材料研究所，高振宏教授所指导的一篇论文中，曾说明焊点愈小者，其含金比例就相对会增加，一旦超过0.1%时，将可能引发脆性。自从Motorola将之明智改成OSP处理后，已有许多业者先后步其后尘，以加强焊点免于黑垫之后患。Nokia所采取非常手段的摔落试验（Drop Test），也正是针对此种潜在危机而做。

 

2.7.4干燥不全而叠板之过度氧化──ENIG后某些QFP垫面露铜

　　板子铜面经联机刷磨及微蚀后，还要再过水洗与热风吹干，之后叠板的暂存或运输也要等冷却之后才能出马。否则多余的热量及水气，又会造成板中央小孔边缘铜面的再次氧化。有时整批放置太久也会过度氧化，每每使得QFP长垫的整片露铜丝毫不给面子。

 

　　化镍浸金垂直起落的天车联机，共有9-10个制程站，以及其间多槽的流动水洗与纯水漂净。由于板子已无法自走输送，只得逐一嵌入挂架（Rack）吊上天车，再按既定程序七上八下的进出各个槽站。下表即为系统槽站及其操作之简介，并将在随后各小节中详细检讨应注意之事项。

1.热浸脱脂	板子浸洗约三分钟，须将铜面的手印或有机污着物予以清除 洗净。
水洗
2.微 蚀	以硫酸／双氧水或过硫酸钠微蚀液，进行一分钟的浸蚀，以除掉铜面氧化物。
水洗
3.浸稀硫酸	以10%稀硫酸清洗上述微蚀铜面可能残留的盐类。
水洗 水洗
4.预 活 化	做为下一站钯活化的预先处理，以保护钯槽不致被带入而污染，板子经本站后无需水洗而可直接进入钯槽。
5.钯 活 化	可使裸铜表面先行置换着落上一层极薄钯金属，做为无电镍层生长的活力来源。
水洗 　纯水
6.化 学 镍	板子于高温82-86℃及强力过滤循环的流动槽液中，进行自动还原式（Autocatalytic）之化学镀镍约15分钟。
水洗 水洗
7.稀酸活化	以5%稀硫酸浸洗约一分钟，洗净镍面可能附着的有机物。
↓水洗 ↓纯水
8.浸 镀 金	板子于82-86℃的金槽液中进行置换浸镀10－12分钟，可得金层厚度约2-3駧。
9.金 回 收	镀金后的板子拉起滴液后立即进入此回收槽，使被带出的少许黄金，可自滤心的树脂中而得以回收。
10.快速水洗	板子经此暂短浸洗后，立即手送进入后段冷水冲洗与纯水漂净的水平联机，以及热风迅速吹干，冷却后ENIG全部流程才告一段落。

 

3.1挂架的管理

　　系以金属为支持，外面包覆PVC或PVDF之耐化学品涂料。由于PVC中含有铅份，用久了难免会溶入高温的镍槽中，对化镍的还原反应将造成伤害。含氟的PVDF虽已无此烦恼但却价格较贵，两者都要注意披覆皮膜的损伤与维修，以减槽钯与镍槽中之落。

　　大面积之薄板在槽液中摇动时，为防止彼此大跳“贴脸舞”起见，挂架要采用Teflon线拉紧做为区隔；厚板者须采上下横梁之卡槽，做为隔离分列之定位。槽液中的挂架要考虑随着飞把(Fly-Bar)进行水平或垂直的振动，以赶走反应所产生的气体（如镍槽中之氢气）。各种摆动振动方式中，以气压缸顶高2-3cm后，再以自由落体摔下之瞬间撞击最为有效，盲孔板甚至要全线各槽都要加装这种气压缸。

　　由于挂架会不断的上下进出各槽液，故死角处与横梁朝上的面积，皆应尽量减少，以避免些许钯液搭便车而带入镍槽，造成挂架各朝上表面的长镍。这种不牢固的碎屑很容易落入镍槽或金槽，经常会带来不少额外的麻烦。一旦连挂架之侧面也镀了镍时，则须以20-30%的稀硝酸进行“削挂架”；不过削后的涂料表面会变得粗糙，后续就更不客气的上镍上金了。全天操作的新挂架，业者经验是2-3个礼拜后就开始长镍长金，长的太快或破损者皆应重新涂装。

 

3.2微蚀及钯活化

　　微蚀不可过久太强，以防对“绿漆设限”的底铜造成刨根的小动作。微蚀后的水洗也不可太久，以防再次钝化。

　　钯槽中Pd++正常浓度量仅12mg/l（12ppm），室温（25℃-30℃）操作时呈现“维大力”汽水般的淡黄色。补充液则含Pd++120ppm且具深黄色。铜面长钯亦属置换作用，当然就会发生Cu++污染。密线路板类处理时其钯槽含铜量不可超过100ppm，一般板子也应低于300ppm。一旦超出较多时即应弃槽，以免造成后续长镍不顺甚至出现露铜。

　　任何颗粒进入钯槽后都会吸钯而成为固体钯粒的悬浮。若再附着于板面各铜垫的边缘，就会出现“长胖”。故钯槽须用1mm 滤心强力过滤，补充液也要另采专用器皿，以防其它意外的污染。

　　倘微蚀液被带入钯槽时，铜面长钯的速率就将变慢甚至缺钯，使得后续的镀镍也激活不良进而露铜。任何镍药水一旦落入钯槽中，都将使得钯离子被还原析出，而成为黑色金属浮于水面或沾着槽壁，必要时只好换掉钯槽。

 

3.3化镍制程管理

3.3.1化镍用不锈钢槽之保养

　　为了长期高温（82-86℃）的安全操作起见，量产镍槽几乎全用不锈钢（304或316）建造，100L至1250L大小场面都有。现行的正常管理，是当镍金属补充到了4个MTO（Metal Turn Over，指建浴金属量）时就要换槽，通常全天量产者，1000L大槽只能维持三天，即告寿终正寝。

　　此时须立即换上备槽而继续生产，并将旧槽药水抽掉至线外，另行中和 沉淀收集污泥之环保处理。而旧槽的“削槽”则需添加50%体积比（或31%重量比）的强硝酸，溶蚀掉槽壁上的化镍颗粒。同时也对不锈钢槽进行钝化处理（Passivation），以减少再被镀上的机会。

　　许多金属表面处理的教科书上，都说应另加入铬酸（CrO3）才会有更好的钝化效果。只可惜PCB业界的现行废水处理系统中，少有除铬的功能，于是良药也只好束之高阁。

3.3.2正电性槽体防止长镍

　　化镍槽液中任何带有负电性的物体，都会被化镍所还原析附。一般操作中只要其负电位到-0.7V时，就难免钉牢镀上。为了保护不锈钢槽壁与加热器之不被裹胁，乃刻意使用外电源使带有+0.8V的正电位，以免遭到化镍的青睐。至于负极-0.8V者，则另接数根已钝化的不锈钢棒，刻意使其在电镀过程中牺牲上镍。此种假镀棒的布局，可在大槽的对角各放一支，在液面较低的回水集流区也再加设一支。所施加之正电压却不可太高（应1V以下），以防槽壁反遭电流与SO4=之盲目围攻。

　　削槽洗槽的同时，还要用吸尘器将槽底的落屑清除。须知即使少许不起眼的金屑，在高温镍槽中就会变成强力的活化起镀剂，小处不可不慎。

3.3.3化镍槽液的配制与管理

 

(1)硫酸：

所有量产之化镍配槽或添加补充，均须采用专业供货商的高浓度原液。在ISO-9000出货品质的严加管理下，后续槽液品质出问题的机率并不高。倒是PCB业者为了调整pH值所加入的硫酸或氨水，反而令人捏把冷汗（钯槽也有相同的烦恼）。常用试药级的硫酸中约含铁15ppm，ENIG操作之铁量不可超过0.5ppm，否则在Fe++"Fe+++的氧化过程中，钯离子将顺势还原成为黑色皮膜，到处漂浮无穷纰漏。

 

(2)纯水：

配槽或清洗所用之纯水也要特别留意，由于纯水中已不含杀菌的氯气，故储槽中很容易生长霉菌。有时甚至连管路出口的龙头内缘，都会因死的活的堆积太多厚厚而发黑。您若不信邪，食指一摸即可真相大“黑”如假包换。一般长菌的纯水槽壁，常会有油油滑滑的感觉。有菌的纯水当然不能派上用场，金槽中尤其是“代志大条”，下文会另加说明。

 

(3)加热与加药：

加热区与加药区最好都安排在过滤机出水口附近，以达到良好搅拌与尽情分散的效果，避免造成三大参数的剧烈变化，减少镀层的异常演出。

 

(4)进槽的污染：

板面直立进出槽液时，其通孔本身却是个个横躺，前处理各槽液一旦被带入时（小孔深孔尤甚），高温胀松下势必纷纷开溜，不但污染镍槽本身，而且PTH附近的铜环铜垫，正常发育的镍层也将遭到压抑。

 

(5)三大参数：

化镍沉积的pH（4.5-4.8），液温（82-86℃），与处理量（Loading Factor 0.4-0.6dm2/L，不可低于0.2也不可超过1.0），是主宰反应快慢的三大参数，必须采用精密仪器，执行自动添加与全程监控。且应定时线外分析进行比对其数据（量产者每班一次）。

      凡此三参数上升者，都可能因过度活化而长胖（因其主还原剂Na2H2PO2次磷酸二氢钠，要在高咸中活力才会强）；反之三大条件不足时，亦将会导致起镀不良甚至表演露铜。老手们都有这种经验，每天一大早的第一架，总是偶而泄气露铜不给面子，彷佛是神不守舍沉睡未醒一般。在第一挂的牺牲打（Dummy plating）之后槽液中充满氢气时，才会逐渐赏脸出现活性。此等充满氢气士气大振的故事（注意Loading太低者也不易反应），早在化学铜的操作中就已有历史记载。不过对于金槽而言，此种打气加油则大可不必了。有经验的业者甚至还设计了不同的程序，以应付不同停机待料的再激活作业，以减少无谓的露铜报废。

 

(6)笔镀救板：

一旦少许一两个垫面露铜而造成全板报废的话，实在是暴殄天物十分可惜。某些情况下也许可采刷镀或笔镀方式（Stylus plating）抢救回来。所用药水可采ENIG者或专用电镀药液，当然其金之面色差是在所难免，最好先向客户说明，取得谅解下才再放行出货。

 

3.4浸金制程管理

 

3.4.1酸性金水中含金量约0.6-0.8g/L，代工厂仅0.2-0.3g/L。一般之铜污染不可超过5ppm，一旦少许清洁铜垫在全无镍面覆盖之下，很可能在金水中也发生铜与金的置换，进而造成铜份溶入。当金水中的铜污染量增多时，会常出现金面异常而呈现较红的色泽，使得金与镍之间的密着力也会变差。ENIG的某些焊垫若出现雾雾暗暗时，就可能是无镍的金面。倘有怀疑时，可用剥金液【KCN+(间)硝苯磺酸钠】剥除金层，是镍是铜自必一目了然。

 

3.4.2金槽建浴用纯水或回收槽纯水，一旦发霉即表已有多量的霉菌带入。此时金水中原配方的有机酸错化剂，加上霉菌代谢的有机物，将使得金水活性更强，其联手腐蚀的化镍层，下场当然很惨。回收水中虽然不会再出现置换反应，但其中的菌类与有机酸的互相帮忙打气，以贾凡尼效应的助虐，仍然会透过金层疏孔而对底镍继续猛咬，不断造成镍层的暗中氧化，迟早会引发黑垫。想要免于恐惧避祸求福，最好的办法就是换掉回收槽，品管严格的大厂，几乎隔天就换少惹麻烦。

 

 

4.1 回收之后的彻底水洗，早期多半采80℃ 的热水连续冲洗，及吹干前的热纯水过门。由于因水温经常不足（是否为了节省成本？），水质太脏，反而造成干燥后金面的发红。为了彻底杜绝后患，目前业者在ENIG线内之回收与浸洗出槽后，立即逐片改成水平联机的冷水冲洗与纯水漂净，再以清洁的热风迅速吹干，务必要使活性尚未停歇的ENIG，减少再遭贾凡尼式的持续腐蚀。

4.2 事实上ENIG完工之后，还要执行运输、暂存、白字印刷、切外形与品检等后流程，当然最后仍需用到水平联机的清洁工作。此等看似等闲的洗水与干燥，也应按部就班以避免后底镍继续氧化，减少金面变色发红。疑似变红者只要用手指摸摸还会变得更红，连橡皮都擦不掉。较严重者其底镍可能早已变黑了。

 

 

　　ENIG量产制程中最常出现的露铜、长胖与变色等三大外观问题，虽已逐一交代如上，但对初学或制程以外的读者来说，想必仍然是满天神佛丈二金刚。为洞悉脉络清楚思路起见，特再提纲挈领整理要点如下，以方便上阵出招时直扑敌魁手到擒来也。

露铜（Skip plating）

1.氧化铜太厚：过度烘烤、温湿叠板、环境不良放置太久。
2.过程污染：残留IMC、毒药附着、硫醇作怪、绿漆溶入镍槽、显像残膜、显后水洗不良、吸水滚轮太脏。
3.活力太弱：久洗钝化、负电性不足、镍槽未醒、三大参数太低。

长胖（Extraneous Plating）

1.蚀刻不良 ：留有残足。
2.活力太强：三大参数太高、钯后水洗不足、大跳贴脸舞、活性粒子附着。
3.铜粉残留：垫边长胖、嵌入绿漆。

变色（Tarnishing）

1.底镍不良：底镍过度置换产生黑垫，致金面变暗。
2.金面异常：金水遭铜污染、霉菌污染金水与回收水、后段水洗不足、后流程污染、终洗不良、温湿叠板。

 

 

　　笔者曾咨询过多位业界专家，ENIG各种板类的出货量，台湾现已成为全球第一。目前台湾业界之PCB正厂，现有ENIG量产能力者共有20家，合计32条自动线。少者1条线，大公司上千公升大镍槽联机者达4条之多。代工厂共14家合计17条线。以2001年10月的出货量统计，平均月产250万～300万ft2，这还不是生意最旺的数字。

 

　　日本国内产能多集中在小面积的高阶封装板领域，故最多也只有台湾总产出的一半。至于手机板、PC卡板与部份低阶封装板，则已移往中国大陆之华南地区，该华南又在港商台商的凑热闹下，目前ENIG的设计月产能已高达220～250万ft2，加上华东地区月产能的30～40万ft2，敢说华人经手的ENIG，少说也将超过全球的六成，欧美业者早已少得可怜。如此长期之大量生产，现场经验当然无人可比，然还要迷信远来东西和尚之天花乱坠，实在没啥道理。当然中文深入的资料太少，应是主因之一。即使偶而出现，也多半拾人牙慧语焉不详，参考价值怎会太高？有鉴于此，特整理多年经验忠实奉告，并希望藉此不打高空的务实文章，拋砖引玉该其它制程的密笈也有所披露，则于愿已足矣。