電路板制作在“綠色電子”趨勢(shì)下，將受到多面向的衝擊，新式無鉛焊料將導(dǎo)致迴焊(Reflow)溫度與操作時(shí)間的急遽增加，對(duì)基材組成的耐熱需求以及下游可焊接、可打線等表面處理的期待；都將對(duì)于內(nèi)層處理到完工板表面處理等製程，帶來史無前例的全新挑戰(zhàn)。
無鹵的需求對(duì)于電路板介質(zhì)材料的軔性是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。板材玻璃態(tài)轉(zhuǎn)換。溫度(Tg)的提高與吸水率的降低，已成為下世代板材的重要目標(biāo)．本文將針對(duì)RCF背膠銅箔提供藝術(shù)境界的全新解決方案，即使對(duì)于無鹵式困難的HDI板材，從實(shí)做中証明也能展現(xiàn)最精良的性質(zhì)。
電路板面的最終表面處理與下游無鉛組裝有著密切的關(guān)系，所產(chǎn)生的各種效用皆應(yīng)加以深入探討。此外，業(yè)界將可能放棄無鉛噴錫(HASL)的強(qiáng)熱折磨，而另尋其他替代方案，例如化學(xué)浸錫、化學(xué)浸銀等。本文亦將就過去幾年來持續(xù)對(duì)新式浸錫、浸銀及化學(xué)鎳金等各種改善成果，在此一併加以整理與呈現(xiàn)。
一、板材的改善
（一）、背膠銅箔
手機(jī)電路板板微盲孔製作之量產(chǎn)中已大量使用背膠銅箔RCF或RCC 。全新研發(fā)的尺RCC對(duì)于環(huán)境危害已大爲(wèi)降低。其材料部份之內(nèi)容可分爲(wèi)兩部分：其一是介質(zhì)層配方的改變，其二則爲(wèi)背膠銅箔本身製程的革命，阿托公司決定針對(duì)這兩部分同時(shí)進(jìn)行改善。
（二）、友善背膠銅箔之製程
目前既有電路板廠家做背膠銅箔的標(biāo)準(zhǔn)程序，首先是將所有組成物（樹脂、硬化劑、添加劑、耐燃劑等)混和攪拌于有機(jī)溶液中，再以精密涂佈機(jī)將此流體混和物涂佈于銅箔上，然后以烤箱將濕膜中的溶劑驅(qū)走烘乾。
阿托公司已發(fā)展出一種全新無溶劑(So1Vent一1eSS)式之背膠銅箔：是將固態(tài)原料先行均勻混和，然后經(jīng)由熔融擠出方式得到整體均勻的粉體，如此即無需再使用溶劑。事實(shí)上此種製造技術(shù)早巳應(yīng)用在裝飾性的領(lǐng)域中，而且也已非常成熟與廣用。新法只是將原來的粉體技術(shù)，利用一種專密性涂佈方式，將之均勻涂佈在銅箔表面，再利用涂佈設(shè)備之改良系統(tǒng)，即可得到尋E常均勻的粉體層，然后再逐步利用烤箱在特定條件下使之熔融，冷卻后即可在銅箔上得到均勻之皮膜。按此種做法所得到的皮膜，由于受限于流性的不大，因而會(huì)出現(xiàn)微粗糙的外表但卻也使得所生產(chǎn)的RCF在后續(xù)壓合作業(yè)中，能夠快速的排出氣體。
（三）、無鹵板材之組成
過去含臭式耐燃劑的環(huán)氧樹脂，一直是基材板、膠片、及背膠銅箔的主要成分。但是自從歐盟立法，明文禁止某些有毒物質(zhì)在電子產(chǎn)品的應(yīng)用以來，業(yè)界也就加速對(duì)此類有毒物質(zhì)的取代工作，未來這些有毒物質(zhì)將無法繼續(xù)存在于介質(zhì)材料配方中。
阿托公司最新開發(fā)的介質(zhì)材料，是一種不含鹵素的環(huán)氧樹脂，并已通過無鹵的相關(guān)規(guī)范。這種以磷化物做為耐燃劑并且改為粉體的配方。其在材料特性的表現(xiàn)上，并未因無鹵化而被犧牲掉應(yīng)有的特性，特別是在關(guān)鍵性的吸水性方面，仍舊可保持在很低的水淮，右表即為無臭板材壓合后各種特性的概觀。

圖1、RCF粉體加工在銅面上之熔融與乎坦化

圖2、粉體涂佈之背膠銅箔

圖3、無函全新板材之特性
（四）、小結(jié)
阿托科技已開發(fā)出符合環(huán)保要求，全新背膠銅箔之涂佈技術(shù)，并結(jié)合了無鹵素配方而應(yīng)用在介質(zhì)材料上，此技術(shù)的成功又朝IS]綠色材料及製程邁進(jìn)了一大步。此外，相對(duì)于介質(zhì)層多樣厚度之要求，也已精確掌握了厚度公差，對(duì)于致力于環(huán)保之設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)者，在微盲孔的製作方面將可提供最佳的利器。
二、表面處理與焊接
此部分內(nèi)容主要是在比較電路板各種最終表面處理，在一般空氣或氮?dú)庵兄附訚?rùn)濕性。阿托公司所試驗(yàn)過的表面處理包括：化學(xué)錫、化學(xué)銀、有機(jī)保焊膜、無鉛噴錫、中磷及高磷化學(xué)鎳金及鎳鈿金等。
為了要清楚瞭解各種表面處理與無鉛焊接的最佳搭配性，迴焊之后還需測(cè)量其其錫膏熔后的散錫直徑。多功能考試板所使用板材為Tg170之FR4，其板厚為1.6mm，表面鍍銅之厚度為30μm。
（一）、皮膜厚度(Layer Thickness)
所試焊的各種表面處理，均採用無鉛焊接最適宜的厚度范圍，而各種皮膜之厚度則利用不同方式予以小心量測(cè)與驗(yàn)証。
（二）、迴流焊(Reflow Soldering)
柏林阿托總公司所試做的迴流焊，是採用“REHM  NITRO2100“”之五段加熱式迴流焊爐，所用之溫時(shí)曲線(Profile)是根據(jù)J一STD一020一C所訂定之曲線，板面最高溫為260℃，而整個(gè)迴流焊過程不超過10分鐘.。
各項(xiàng)試焊是在氮?dú)猸h(huán)境(殘氧率<100PPm)及一般空氣環(huán)境（180KppmO2)中所分別進(jìn)行。所選用的錫膏為”KOKI S3X58一M406”之SAC305無鉛錫膏。而錫膏的印刷，則是採用“DEK248”之不鏽鋼板，該鋼板(Stencil)厚度為125μm。

圖4、試焊中各種皮膜所測(cè)得的厚度

圖5、迴流焊溫時(shí)曲線是依據(jù)J-STD-020-C(紅線)的參考曲線，并與傳統(tǒng)錫鉛共熔合金迴流焊曲線(藍(lán)線)兩者進(jìn)行對(duì)比。
（三）、錫膏熔散后之直徑(Solder spread diameter)
本法包括了錫膏印刷(所印出之直徑為1000私m)，經(jīng)過迴流焊后，觀察液態(tài)及固態(tài)錫膏之?dāng)U散情況。當(dāng)錫膏表面張力較小擴(kuò)散能力良好時(shí)，就會(huì)在焊墊上展現(xiàn)較大之覆蓋性0于是可利用擴(kuò)散面積的大小去評(píng)比表面處理皮膜在潤(rùn)濕性方面之好壞。

圖6、鍚膏在三種皮膜表面的印刷與焊后擴(kuò)散（1）、印刷與擴(kuò)散面積1000 μm／1100μm(直徑)    （2）、印刷與擴(kuò)散面積1000μm／1400μm (直徑)    （3）、印刷與擴(kuò)散面積1000μm／1760μm (直徑)
（四）、各種皮膜經(jīng)多次焊接后的比較
各種參與測(cè)試的表面處理層，首先是進(jìn)行未經(jīng)老化之直接迴焊，之后另將其各皮膜先經(jīng)過一次、二次及三次模擬迴流焊之高溫老化，然后再去進(jìn)行錫膏印刷與迴焊。各試驗(yàn)樣品之表面，均預(yù)先印刷3O個(gè)錫膏測(cè)試點(diǎn)，然后再進(jìn)行迴流焊。
此未經(jīng)老化之第一次迴焊的散錫面積比較

圖7、各種皮膜經(jīng)氮?dú)猓ňG）與空氣（藍(lán)）迴流焊后其"潤(rùn)濕面積7原印直徑"之對(duì)照情形。請(qǐng)注意噴錫和化學(xué)浸錫皮膜之散錫，經(jīng)過氮?dú)廪捔骱福ㄖ负负笤紶顟B(tài)）很難加以測(cè)量，因爲(wèi)錫膏熔融后的外觀與原噴錫或化錫表面的差異很少，無法進(jìn)行量測(cè)。
先經(jīng)一次老化再做首次之迴焊后比較

圖8、不同表面處理經(jīng)過一次老化后再做迴焊，針對(duì)氮?dú)猓ňG）或空氣（藍(lán)）中所做"擴(kuò)散面積/直徑"之對(duì)照情形
先經(jīng)過兩次老化再做迴焊之比較

圖9、各種表面處理先經(jīng)過兩次老化再做迴焊，其于氮?dú)猓ňG）或空氣（藍(lán)）中針對(duì)迴流焊"擴(kuò)散面積/直徑"之比值對(duì)照
先經(jīng)過三次老化再做第四次迴焊

圖10、各種表面處理經(jīng)過三次老化再做迴焊，其氮?dú)?綠)或空氣(藍(lán))迴流焊針對(duì)“擴(kuò)散面積／直徑”之對(duì)照情形
等試焊樣點(diǎn)與散錫量測(cè)是從”X”及”Y”方向分別執(zhí)行。事先所做迴流焊式之老化及后續(xù)實(shí)際迴流焊過程，均同時(shí)在一般空氣及氮?dú)鈨煞N情況中進(jìn)行。
（五）、小結(jié)
大體而言，在氮?dú)庵羞M(jìn)行迴流焊的結(jié)果要比起在一般空氣中所得到的結(jié)果來得更好。此外，針對(duì)散錫面積或印刷直徑的量測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)化學(xué)鎳金的成績(jī)比較好（通常焊錫性良好并不代表焊接強(qiáng)度也佳，根據(jù)多項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果看來，錫鎳銲點(diǎn)強(qiáng)度平均只有錫銅銲點(diǎn)的70％而已)，以下即為各種皮膜焊接成績(jī)的說明。
（l）、有機(jī)保焊膜(OSPs)
此種皮膜在氮?dú)庵羞M(jìn)行迴流焊后，發(fā)現(xiàn)錫膏擴(kuò)散的直徑比起一般空氣中約增加70μm.不過OSP在一般空氣中經(jīng)過兩次迴流焊后，所印錫膏已經(jīng)不再具有擴(kuò)散能力。經(jīng)量測(cè)所得之錫膏之直徑分別為只有999及998μm而已。
（2）、化學(xué)銀(Immersion Silver)
在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行迴流焊后，其錫面擴(kuò)散的直徑約增加了160μm。然而氣及一般空氣，兩者對(duì)于未經(jīng)老化的化學(xué)銀表面，并未出現(xiàn)太大的差異。
（3）、無鉛噴錫(SnCuNi)
未經(jīng)過老化的無鉛噴錫表面，在一般空氣中經(jīng)過一次迴流焊后，其散錫直徑約增加了400μm 。不過當(dāng)此噴錫在空氣中經(jīng)過二次迴流焊后，錫膏擴(kuò)散后的直徑卻不增反減，甚至還會(huì)發(fā)生縮錫的現(xiàn)象，其直徑比起當(dāng)初印刷時(shí)還來得小一些。
但當(dāng)繼續(xù)在氮?dú)庵凶龅谝淮无捄笗r(shí)，由于焊性太好而使錫膏與承墊上原本的噴錫層已完全混在一起，無法從外觀上加以分辨，致其散錫面積已難以估算。當(dāng)噴錫表面于氮?dú)庵羞M(jìn)行第二次迴流焊后，其錫膏的直徑卻只增加45μm而已o
（4）、化學(xué)錫(Immersion Tin)
在氮?dú)庵羞M(jìn)行迴流焊比起在一般空氣中而言，其錫膏擴(kuò)散的直徑差異十分顯著，特別是當(dāng)樣品在先經(jīng)過老化再比較時(shí)尤其明顯。在氮?dú)庵羞M(jìn)行迴流焊后，因?yàn)橥庥^上并無法分辨是錫膏或是承墊上的錫層，因而無法加以估算。此外，相對(duì)于為未經(jīng)過老化之化學(xué)錫層，其于氮?dú)庵腥杂袃?yōu)異的錫膏擴(kuò)散能力，多次老化對(duì)迴流焊的負(fù)面影響并不明顯。

圖11、此二圖均爲(wèi)臺(tái)灣阿托公司研發(fā)中心，利用美商FEI公司出品NOVA600型之FIB（離子束聚焦式電子顯微鏡）所攝之微切片圖。挖坑與截面左圖爲(wèi)化學(xué)錫鍍后立即切攝；右圖爲(wèi)迴焊三次后所切得之畫面。
在氮?dú)庵羞M(jìn)行迴流焊比一般空氣中其散錫直徑約增加了200μm相對(duì)而言，經(jīng)過老化后其氮?dú)馀c空氣的差異則并不明顯。如果單純?cè)诳諝庵羞M(jìn)行迴流焊時(shí)，其散錫直徑通常會(huì)到達(dá)1400μm或更大。
（5）、高磷化學(xué)鎳金(HighPENIG)
在氮?dú)馀c空氣進(jìn)行迴流焊比較時(shí)，氮?dú)庵猩㈠a直徑約可增加280μm。但當(dāng)樣品經(jīng)過老化后，其于氮?dú)饣蚩諝獾牟顒e已經(jīng)不大。至于散錫直徑則均可以達(dá)到1300一1400μm。
（6）、學(xué)鎳鋁金(E-Ni  E-Pd  I-A u)
對(duì)于化學(xué)鎳鈿金而言，于氮?dú)庵羞M(jìn)行迴流焊時(shí)已出現(xiàn)明顯的改善。而在空氣者，其散錫程度與中磷化學(xué)鎳金的結(jié)果相類似。不過此種皮膜在氮?dú)庵修捔骱钢㈠a直徑，卻比末焊前所印刷1000μm之錫膏面積，居然擴(kuò)張了約4倍之多而達(dá)3977μm之巨大，甚至在經(jīng)過三次迴流焊后，其散錫直徑仍可增大2600μm 。此結(jié)果比一般化學(xué)鎳金皮膜要好上兩倍，也較噴錫或其替代製程好上2.6倍。