一、前言
由於金元素具有多用途的特性，使得在電子産業的許多地方皆可見到金元素被採用，例如在作爲抗腐蝕(etchresist)、電路聯接的錶麵處理(contact surface finish)、保護層(protective coating)、提供適閤打金線錶麵處理(wire bonded surface finish)、芯片貼附錶麵處理(die attach surface finish)以及提供良好的焊接性質的錶麵塗覆(solderable coating)等等。當金被利用在焊接處理時有些重點需要特彆的留意，不當的使用將會對焊接製程造成相當大的衝擊，且也會對焊錫聯結的性質造成重大的影響。
從前鍍金層沈積的平均厚度是較所應用的情況來得厚，在大部份的例子中，鍍金層沈積的厚度是與所應用的場閤及電鍍液有密切的關繫；在較硬、較細晶粒鍍層的應用上就需要選用較應的共沈積(codeposited)成份，添加晶粒細化劑(grain-refining additives)與亮光劑(brightener)。在一般的場閤中，鍍層都具有平坦、光亮與較薄等的特性(≦30μ-inches)。在其牠如在芯片貼附區域(die attach)與打金線(wire bonding)所需就的鍍金層可能就不需要再額外的添加其牠的添加物，因爲在以上的應用下鍍金層被要求要較粗糙且不需具備光澤，這麽一來鍍金層的厚度就可能較爲豐富瞭(≧30μ-inches)。
在大部份的應用上，鍍金層的厚度會依後續所要進行的製程而改變，厚的鍍金層也不隻是應用在特定的用途，有時也提供作後續的錫迴焊製程；但若焊接在厚度爲30μ-inches到100μ-inches範圍的鍍金層時，將會導緻焊接不良或焊接後質地變脆，這些情況的髮生使得在鍍金層上焊接的接點可靠性降低。在這些不友善的特以及可靠性不佳所造成成本的提高使得鍍金處理的市場萎縮，直到最近研究報告以及相關的影響被廣泛的討論後纔見好轉。
二、金的複原
由於在過去的幾年中，金元素在電子産業大量的被採用，所遭遇到的問題也逐一的浮上颱麵，特彆是在焊錫與鍍金處理的電路錶麵焊接所産生的問題最爲被業界重視。在這篇文章中，我們將針對以下的主題做探討：
●在鍍金層上作焊接的製程
●製程與兩金屬間的聯結的産生。
●使接點的可靠性提高，乃至於使其壽命增長的製程所需考慮的因素。
三、鍍金層的厚度
在分析焊錫接點髮生破壞後的金相結構可髮現，若鍍金層的厚度對焊錫接點的可靠性有直接的關聯，所倖電路闆上所使用的鍍金層厚度大部份都是在5μ-inches到15μ-inches的範圍內。對於鍍金層而言，有效的控製鍍層沈積，使産生較薄的鍍層厚度，併減少所存在的空孔是格外的重要，其理由如下：
◎能夠充份的完成焊接，且成本也較低廉。
◎焊接後焊錫接點也不易産生脆化的現象。
◎能夠降低空孔生成的機率。
◎能夠減少在迴焊過程中錫(Tin)的消耗量。
四、焊接的保護
鍍金層主要的用途是爲瞭有效的保護底下的鎳層，由於焊接實際是髮生在鍍金層底下的鎳層上，由此可知焊接的動作是否完成是要視其與鍍金層底下的鎳層熔閤附著的情形而定，由於焊錫要與底層的鎳層聯接，所以在焊接時必鬚將金層熔解，正因爲這樣，一箇優良且適閤進行焊接的鍍金層必鬚要是較薄且鬚是緊密而低孔性(low-porosity)的。
當薄的鍍金層被熔解後，接著焊錫就會恨很快的與鎳層完成聯結，所以鎳層必鬚要具備有極佳的活性(active)與焊接能力(solderable)，倘若鎳層未能具備上述的特性，則鍍金層的存在將變的沒有意義。在過去，由於我們對電鍍製程的誤解，經常會忽略瞭其中的重要性(詳情請蔘閲”鍍金製程的執行”該部份)。
對於鎳( Nickel)而言，雖然牠也可與焊錫相熔接，但其反應進行的速度仍然不及銅(Copper)，所以在進行焊錫焊接的過程中還是需要更多的能量以完成熔接的工作，這一點對於我們在進一步瞭解 焊錫膏(solder paste)在迴焊過程中的反應是相當重要的，簡單的説就是在迴焊的過程中，設法延長焊錫熔解成液態的時間，如此可使鎳與錫(Tin)達到充分的反應。
對於焊接反應的完成與否，取決於在鎳與錫的界麵是否已充分的反應，併進而形成連續的共界閤金層(continuous intermetallic compound，IMC)，此一鎳-錫共界閤金反應層(Nickel-Tin IMC reaction layer)形成的目的除瞭使元件完成與外界繫統間的電性聯接外，衕時也使元件在組裝繫統中具備足夠的強度以對抗環境的破壞。
五、鍍金製程的執行
讓我們再從另一箇角度來看焊接的問題。若要使鎳層與焊錫順利的達成良好的熔接，就要在鎳層沈積的過程中特彆註意其不純物的濃度(impurity level)，一般而言，鎳層中的不純物濃度是越低越好，卽使是使用磷鎳無電解沈積(phosphorous nickel electroless deposits)在不純物濃度的控製依然是相當要緊的；因爲不論是不純物的共沈積作用(codeposition)或是吸藏(occlusion)現象在兩不衕成份金屬的聯結反應中，將會加速某一界麵的生成，衕時也會榦擾兩成份間反應的進行，這種榦擾物會減少反應進行過程中可供反應物沈積的麵積，如此一來將使兩成份間的聯結強度減弱，併將直接對其使用壽命造成衝擊。
因此，電鍍溶液必鬚以適當的方式予以保存與過濾，以減少共沈積作用(codeposition)以及汙染物的吸藏(occlusion)。在含磷的磷鎳無電(phosphorous-nickel electroless)的例子中，使溶液中的含磷量保持在一箇最低的範圍內是相當重要的，因爲若在鎳沈積的過程中，溶液的含磷量超過一定比例將會妨礙鎳層的沈積，如此將使沈積層變的虛弱，在焊接的過程中，”破壞”就很容易在這箇地方髮生。
六、脆化
由焊接脆化的觀點上來看，盡量控製鍍金層沈積的厚度在焊接上是相當重要的，因爲薄的鍍金層將可有效的減低金-錫界麵閤金成份(Gold-Tin IMC)的形厚度，在許多例子中都可清楚的看到在反應界麵的閤金濃度是相當大的，以較厚的鍍金層(＞20μ-inches)而言，在迴焊過程中所産生的金-錫共界閤金成份併不會均勻的分散在整箇焊錫接點的結構中，而是會使兩種成份形成一種分離的狀態，在分離狀態下金的濃度較大區域的焊錫接點處麵臨反覆的熱偏移(cyclic thermal excursions)後的完整性將大爲降低。對於焊錫接點而言，在兩平闆匹配的界麵(flat mating surfaces)的部分對焊錫接點的可靠性最爲敏感，存在有這樣的界麵的區域包括電路闆上錶麵粘着焊墊與芯片型元件(chip component)或海鷗腳造型接腳的元件(gull-wing leaded component)間的界麵。
在較大的邊緣部份，若鍍金層的厚度過厚(＞40μ-inches)時，將對焊接的可靠性造成相當大的衝擊，經我們沿著鍍金的錶麵觀察焊接邊緣部份反應後焊錫的濃度，金-錫共界閤金成份主要是在錶麵粘着與電路闆上的鍍金焊墊會形成完全飽和的聯結(complete saturation of confined connection)，這對於焊錫接點的可靠性有著相當大的影響；在過去的例子中可髮現焊錫接點上髮生破壞最多的情況是在金-錫的共界閤金層上，由於金錫共界閤金成份(gold-tin IMC)易髮生脆化，進而産生裂紋，在整箇破壞的過程中，裂紋會沿著錶麵粘着元件(surface-mount component)與焊墊間的界麵成長，嚴重的情況會對接點處産生破斷破壞，由此可知，通常在産生裂紋的區域的共通點就是其組裝焊錫厚度相當的薄，這有可能是因爲元件放置(placement)過程中焊錫因不當的插件處置而散失。
有的時候廠商爲瞭使元件在進行迴焊之前就與電路闆焊墊間達到良好的附著，而加大元件插件機的置件壓力，希望能藉由加大置件壓力使元件能深埋在焊錫膏之中，這樣的做法卻使原本刷印在電路闆焊墊上的錫膏因置件壓力過大而脫離焊墊，這樣的情況將使得在這箇區域中的焊錫在迴焊過程中流失，最後導緻在焊接反應中輕易的在焊接的錶麵産生金-錫的飽和共界閤金反應(saturated IMC reaction)；由此可知，焊錫厚度對於進行焊接的特定區域而言是相當重要的。附帶一提的是，在焊錫與金層錶麵進行反應的衕時，焊錫中的錫(Tin)會很容易被消耗，消耗過多的錫的焊錫會在焊接共界閤金層(IMC layer)與鍍金層以及凝固的焊錫的這兩箇界麵間冷卻凝固，在材料的性質上，焊接共界閤金層(IMC layer)的質地旣硬且脆，反觀在兩界麵附著的是一質地鬆軟軟、且含鉛量較豐富的區域(lead-rich zone)，這一微細的結構在麵臨反覆的熱偏移(cyclic thermal excursions)時是相當脆弱的。
七、空孔
空孔(void)形成的原因是一直存在著多種推測，一種比較特彆的論點是認爲空孔的産生是由於固體(在此繫爲鍍金錶層)中的氣體在加熱的過程中髮生膨脹，而導緻金屬內部産生空孔，在這箇論點是與鍍金錶層有關的；除此之外，其牠常被提到造成空孔的原因有收縮(shrinkage)以及殘留的助焊劑未能適時排除所導緻。通常空孔都是在焊錫與鍍金層間進行焊接反應的過程中，有機材料被大量的吸收所緻。在此，吸藏作用在金屬沈積的任何一箇步驟會髮生。所以若想要有效的降低空孔的生成，就要謹慎的選擇添加物，選擇的重點可放在添加物的晶粒是否經過精練(grain refiners)、沾濕作用劑(wetting agents)與光亮劑(brighteners)，否則在金屬沈積的過程中，有機的汙染物(organic contaminants)將會大量的吸藏在金屬層中。而以上這些添加物能夠在焊錫熔解以及其與鍍金層産生反應的過程中揮髮(volatilize)或消散。
對於焊錫而言，光亮電鍍的沈積(bright-plated deposit)就象是排齣氣體自由度的變因(the source of varying degrees of outgassing)，會導緻空孔在焊接聯結處産生，這類空孔的形成是值得我們再進一步作探討的；當空孔散齣併移動到平闆匹配錶麵(flat mating surfaces)的區域時，又由於在這箇區域中的空孔的量相當的少，且也空孔不容易移動，所以無法藉由與其牠空孔閤併以增加浮力，所以很難逃脫，存在的空孔將使整箇結構變的較爲脆弱，因爲裂紋將很容易從空孔存在的部位産生併隨之擴散開來，最後將造成焊錫聯結處髮生破斷，一般來説，越薄的鍍金層將可限製有機材料的吸收與減少空孔髮生的機率。
八、鎳的消耗
迴焊之後，在厚的鍍金層有許多界麵閤金成份的反應髮生，相對的在反應髮生處一定有許多錫(Tin)被消耗掉，由於在焊錫中的錫被消耗掉，使得在焊錫中鉛(lead)變成佔大部份，如此將使得含鉛較豐富的區域質地變脆；界麵閤金成份的濃度(Concentration)與空孔(Void)對於焊接的可靠性的傷害是相當大的，由於可想象在麵對鍍金`錶麵處理時要格外的註意。
九、考量的重點
以鍍金層作爲錶麵處理的焊墊在焊錫焊接製程的運用上，有以下幾箇要特彆註意的重點：
◎鍍金層的厚度必鬚控製在5μ-inches到15μ-inches的範圍內。
◎確認在鍍金層下的鎳層(Nickel)爲可焊接的。若所使用的鎳中含磷(Phosphorous-Nickel)，則含磷量必鬚要被控製在最低的劑量。一般而言，鎳的純度要越高越好。
◎在迴焊的過程中，焊錫熔解成液相的時間要長，如此纔可使焊錫與鎳充分的反應，以期達到完全結閤。
◎在電鍍金的過程中，要確保電鍍溶液的質量，其牠如溶液的過濾、碳化處理以及製程控製也要衕時配閤。
十、結論
由過去的經驗中得知，二次反應經常會對材料的結構造成破壞性的傷害；在金-錫焊接接點的破壞機製上也經常可以看到類似的現象，在金-錫焊接點的二次反應中，在金-錫界麵會産生金-錫界麵閤金層，這樣的結果將使得焊錫接點的強度大受影響，進而縮短繫統的使用年限，由此可知，在鍍金錶麵處理的焊墊上進行焊錫焊接是一種相當複雜的學問。在麵對業者不斷的要求要提高可靠性的前提下，再進一步的瞭解鍍金層結構併嚴格的控製製程爲不二法門，在良好的製程環境下將可有效的降低破壞髮生的機會。
