PCB設計：金手指

對于80后來(lái)說(shuō)，第一次見(jiàn)金手指的時(shí)候，可以追溯很早，不過(guò)那時(shí)候并不知道這是怎么一回事。任天堂的紅白機、小霸王游戲機的游戲卡，就是通過(guò)金手指進(jìn)行電氣連接的。

金手指（connecting finger）是電腦硬件如：（內存條上與內存插槽之間、顯卡與顯卡插槽等），所有的信號都是通過(guò)金手指進(jìn)行傳送的。金手指由眾多金黃色的導電觸片組成，因其表面鍍金而且導電觸片排列如手指狀，所以稱(chēng)為“金手指”。

金的特性：它具有優(yōu)越的導電性、耐磨性、抗氧化性及降低接觸電阻。但金的成本極高，所以只應用于金手指的局部鍍金或化學(xué)金，如bonding pad等。

電腦硬件如：內存條上與內存插槽之間、顯卡與顯卡插槽等，之間的所有信號都是通過(guò)金手指進(jìn)行傳送。

金手指由眾多金黃色的導電觸片組成，因其表面鍍金而且導電觸片排列如手指狀，所以稱(chēng)為“金手指”。金手指實(shí)際上是在覆銅板上通過(guò)電鍍工藝再覆上一層金，因為金的抗氧化性極強可以保護內部電路不受腐蝕，而且導電導性也很強并不會(huì )造成信號損失，同時(shí)金具有非常強的延展性在適當的壓力下可以讓觸點(diǎn)間接觸面積更大從而降低接觸電阻提高信號傳遞效率。因為鍍層厚度只有幾十微米所以極易磨損因此非必要條件下應當避免拔插帶有金手指的原件以延長(cháng)使用壽命。

內存處理單元的所有數據流、電子流正是通過(guò)金手指與內存插槽的接觸與PC系統進(jìn)行交換，是內存的輸出輸入端口，因此其制作工藝對于內存連接顯得相當重要。

分級金手指 長(cháng)短金手指

長(cháng)短金手指插拔的應力更小一點(diǎn)。

不同的連接器形狀，應力也不同。

金手指制程流程

貼膠帶→磨板（微蝕）→水洗→活化→水洗→鍍鎳→水洗→活化→水洗→鍍金→金回收→水洗→風(fēng)干→下板

a.貼膠帶的目的

是讓板子僅露出欲鍍金手指之部分，其它則以膠帶貼住防鍍。貼膠帶是一細活，不允許有膠帶貼住金手指及離金手指太遠現象，要防止在切除多余的膠帶時(shí)割傷板材，避免人為擦花。操作時(shí)要留意所使用的膠帶不可有脫膠現象，以免銅面殘余膠漬。此步驟是最耗人力的，自動(dòng)貼膠帶機的上市，將會(huì )帶來(lái)工業(yè)的又一次革命。轆膠帶的目的，是通過(guò)轆板機使膠帶與板面貼實(shí)，避免因膠帶未被壓實(shí)，在鍍鎳金時(shí)膠帶內藏藥水造成藥水缸間的交叉污染。

b. 磨板（微蝕）

除去板面的油污、氧化皮及綠油殘渣，提供一個(gè)光鮮、微粗糙的銅面，增加銅層與待鍍鎳層的結合力。

c. 活化的作用

去除銅面輕微氧化皮及防銅面再度氧化，使銅面更加光鮮潔凈，保持銅層或鎳層的活性，增強基體金屬與待鍍金屬間的結合力。

d.鍍鎳

作為金層與銅層之間的屏障，防止銅migration. 為提高生產(chǎn)速率及節省金用量，現在幾乎都用輸送帶直立式進(jìn)行之自動(dòng)鍍鎳金設備，鍍液的主鹽是鎳含量甚高而鍍層應力極低的氨基磺酸鎳（Nickel Sulfamate Ni (NH2SO3)2。4H2O）。

e.鍍金

無(wú)固定的基本配方，金鹽（Potassium Gold Cyanide金氰化鉀，簡(jiǎn)稱(chēng)PGC）是主要成分。

目前不管酸性中性甚至堿性鍍金，所用的純金都是來(lái)自純度很高的金鹽，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地自然形成，后者是快速冷卻并攪拌而得到的結晶，市場(chǎng)上多為后者。

f.酸性鍍金（PH=3.8~4.6）

使用非溶解性陽(yáng)極，最廣泛使用的是鈦網(wǎng)上附著(zhù)有白金，或鉭網(wǎng)（Tantalam）上附著(zhù)白金層，后者較貴使用壽命也較長(cháng)。

g.自動(dòng)前進(jìn)溝槽式的自動(dòng)鍍金

把陽(yáng)極放在溝槽的兩旁，由輸送帶推動(dòng)板子進(jìn)行于槽中央，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(xiàn)路所導入，只要板子進(jìn)鍍槽就立即接通電流。各鍍槽與水洗槽間皆有緩沖室并用橡膠軟墊隔絕，以減少藥水的流失，避免藥液缸的相互污染。

h. 酸性鍍金的陰極上因電流效率并不好，即使全新液也只有30~40%而已，且因逐漸老化及污染而降低到15%左右，故酸性鍍金鍍液的攪拌是非常重要的。

i.在鍍金的過(guò)程中陰極上因電流效率降低而析出較多的氫氣，使鍍液中的氫離子減少，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并用之酸性鍍金制程中都會(huì )發(fā)生。當PH值漸漸升高時(shí)鍍層中的鈷量或鎳量會(huì )降低，會(huì )影響鍍層的硬度甚至疏孔度，故須每日測其PH值。通常鍍液中都有大量的緩沖導電鹽類(lèi)，故PH值不會(huì )發(fā)生較大的變化，除非有異常的情形發(fā)生。

金手指表面變色、黃斑、黃點(diǎn)和黑塊等缺陷的表面形態(tài)，從對上述各種存在于金手指上的缺陷的局部放大照片來(lái)看，它們均屬于一種腐蝕現象。盡管變色、黃斑、黃點(diǎn)及黑塊等缺陷表現的表面形態(tài)各有差異，有些差異還很大，但其本質(zhì)都是一種腐蝕現象，只不過(guò)受到腐蝕的程度輕重不等而已。

金手指性能參數

金層厚度、鎳層厚度，以及鍍層的致密性

金手指常見(jiàn)問(wèn)題

1、附著(zhù)力差

該金手指出廠(chǎng)前由于附著(zhù)力不夠出現起皮，部分脫離基板，再經(jīng)過(guò)插入連接器的過(guò)程中由于先受到簧片的阻力，翹起的金手指被彎折回來(lái)。后續金手指插入連接器后受到簧片的夾力，金手指在折疊處形成兩層金手指壓接的現象，金手指再拔出連接器的過(guò)程受到簧片的摩擦力會(huì )將金手指往連接器方向拉，由于金手指折疊處比較脆弱，拔出金手指的過(guò)程就會(huì )將一部分金手指弄斷。

通過(guò)實(shí)驗室模擬實(shí)驗，先將金手指部分翹起，插入拔出連接器，可以復現該現象。

金手指附著(zhù)力不足主要原因有鍍前處理不良、鍍液中途斷電時(shí)間長(cháng)，鍍液有機污染、鎳缸溫度太低等。

2、金顏色不良

變色、黃斑

局部放大后的變色表面。從局部放大圖中可以看到，顏色變深的點(diǎn)均發(fā)生在金面的凹坑上，這些凹坑實(shí)際上均是金層的針孔。透過(guò)這些針孔使其底部的Ni受到了氧的侵蝕從而使顏色變深。這些顏色變深點(diǎn)的集合，導致了金手指表面大面積變色。

黃斑均發(fā)生在已變色的金層表面個(gè)別局部小區域上。黃斑呈淚滴形，很可能是在組裝過(guò)程中受到飛濺的唾液侵襲。由于唾液的腐蝕性，通過(guò)金層的針孔侵入到底層的Ni，唾液加劇了Ni層的腐蝕程度，使顏色變得更深。此時(shí)金層針孔底層的Ni層均已變黑，而且黑色的氧化鎳分子已擴散到金層的表面，使金層表面變得更暗。

黑斑

在金手指上出現的大面積發(fā)黑缺陷，如圖6所示。顯然這是金層表面附著(zhù)了腐蝕性很強的雜物（如鍍液的藥液殘渣、鹽霧溶液等）引起的結果。

由Ni鍍層氧化導致的黑盤(pán)現象，僅發(fā)生在PCB ENIG Ni（P）/Au 工藝的涂層中，黑盤(pán)現象本質(zhì)上就是Ni的氧化現象，黑色Ni就是氧化鎳（NixOy）。

黑鎳現象的成因非常復雜，有一種理論解釋為：在化學(xué)浸Au/Ni時(shí)，Ni溶解與Au沉積同時(shí)發(fā)生置換反應。當Au鍍液置換反應過(guò)劇時(shí)，將使Ni層迅速氧化而變黑。

通過(guò)在Ni表面置換Au的工藝方法所形成的Au層是薄而多針孔的。針孔發(fā)生的數量與ENIG Ni/Au工藝參數及其工藝過(guò)程控制有關(guān)，同時(shí)也與化學(xué)Au鍍層的厚度有關(guān)。當涂層過(guò)薄或工藝過(guò)程參數控制不當時(shí)，可能造成覆蓋在Ni上的Au層質(zhì)量低劣，存在大量的針孔，擋不住氧化鎳的上下生長(cháng)，從而形成大片的黑色氧化鎳。

Au本身具有極高的抗腐蝕性，但由于黑盤(pán)現象發(fā)生后，此時(shí)附在氧化鎳層上的Au與氧化鎳層之間已無(wú)任何附著(zhù)力，所以才導致大部分的Au層從金手指表面脫落，從而導致黑色的氧化鎳直接暴露在外形成大面積的黑塊。

這種缺陷具有偶發(fā)性，發(fā)生的位置也不確定，是一種無(wú)法預測的隱患，危害極大。

3、金面粗糙

表面不平滑，有凹凸

問(wèn)題解決措施

（1）改善PCB ENIG Ni（P）/Au工藝條件和過(guò)程的精細控制，盡量增加金層厚度，減少金層針孔。

（2）建議對金手指采取電鍍Ni/Au工藝。