PCB設(shè)計：金手指

對于80后來說，第一次見金手指的時候，可以追溯很早，不過那時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，就是通過金手指進(jìn)行電氣連接的。

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

金的特性：它具有優(yōu)越的導(dǎo)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(yīng)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(nèi)存條上與內(nèi)存插槽之間、顯卡與顯卡插槽等，之間的所有信號都是通過金手指進(jìn)行傳送。

金手指由眾多金黃色的導(dǎo)電觸片組成，因其表面鍍金而且導(dǎo)電觸片排列如手指狀，所以稱為“金手指”。金手指實際上是在覆銅板上通過電鍍工藝再覆上一層金，因為金的抗氧化性極強可以保護(hù)內(nèi)部電路不受腐蝕，而且導(dǎo)電導(dǎo)性也很強并不會造成信號損失，同時金具有非常強的延展性在適當(dāng)?shù)膲毫ο驴梢宰層|點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(yīng)當(dāng)避免拔插帶有金手指的原件以延長使用壽命。

內(nèi)存處理單元的所有數(shù)據(jù)流、電子流正是通過金手指與內(nèi)存插槽的接觸與PC系統(tǒng)進(jìn)行交換，是內(nèi)存的輸出輸入端口，因此其制作工藝對于內(nèi)存連接顯得相當(dāng)重要。

分級金手指 長短金手指

長短金手指插拔的應(yīng)力更小一點。

不同的連接器形狀，應(yīng)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(xì)活，不允許有膠帶貼住金手指及離金手指太遠(yuǎn)現(xiàn)象，要防止在切除多余的膠帶時割傷板材，避免人為擦花。操作時要留意所使用的膠帶不可有脫膠現(xiàn)象，以免銅面殘余膠漬。此步驟是最耗人力的，自動貼膠帶機的上市，將會帶來工業(yè)的又一次革命。轆膠帶的目的，是通過轆板機使膠帶與板面貼實，避免因膠帶未被壓實，在鍍鎳金時膠帶內(nèi)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，提供一個光鮮、微粗糙的銅面，增加銅層與待鍍鎳層的結(jié)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(jié)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(jié)省金用量，現(xiàn)在幾乎都用輸送帶直立式進(jìn)行之自動鍍鎳金設(shè)備，鍍液的主鹽是鎳含量甚高而鍍層應(yīng)力極低的氨基磺酸鎳（Nickel Sulfamate Ni (NH2SO3)2。4H2O）。

e.鍍金

無固定的基本配方，金鹽（Potassium Gold Cyanide金氰化鉀，簡稱PGC）是主要成分。

目前不管酸性中性甚至堿性鍍金，所用的純金都是來自純度很高的金鹽，金鹽為純白色的結(jié)晶，不含結(jié)晶水，依結(jié)晶條件不同有大結(jié)晶及細(xì)小的結(jié)晶，前者在高濃度的PGC水溶液中緩慢而穩(wěn)定地自然形成，后者是快速冷卻并攪拌而得到的結(jié)晶，市場上多為后者。

f.酸性鍍金（PH=3.8~4.6）

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

g.自動前進(jìn)溝槽式的自動鍍金

把陽極放在溝槽的兩旁，由輸送帶推動板子進(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(cè)）接觸板子上方突出槽外的線路所導(dǎo)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(xiàn)象在鈷系或鎳系或二者并用之酸性鍍金制程中都會發(fā)生。當(dāng)PH值漸漸升高時鍍層中的鈷量或鎳量會降低，會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(dǎo)電鹽類，故PH值不會發(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看，它們均屬于一種腐蝕現(xiàn)象。盡管變色、黃斑、黃點及黑塊等缺陷表現(xiàn)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(xiàn)象，只不過受到腐蝕的程度輕重不等而已。

金手指性能參數(shù)

金層厚度、鎳層厚度，以及鍍層的致密性

金手指常見問題

1、附著力差

該金手指出廠前由于附著力不夠出現(xiàn)起皮，部分脫離基板，再經(jīng)過插入連接器的過程中由于先受到簧片的阻力，翹起的金手指被彎折回來。后續(xù)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(xiàn)象，金手指再拔出連接器的過程受到簧片的摩擦力會將金手指往連接器方向拉，由于金手指折疊處比較脆弱，拔出金手指的過程就會將一部分金手指弄斷。

通過實驗室模擬實驗，先將金手指部分翹起，插入拔出連接器，可以復(fù)現(xiàn)該現(xiàn)象。

金手指附著力不足主要原因有鍍前處理不良、鍍液中途斷電時間長，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，顏色變深的點均發(fā)生在金面的凹坑上，這些凹坑實際上均是金層的針孔。透過這些針孔使其底部的Ni受到了氧的侵蝕從而使顏色變深。這些顏色變深點的集合，導(dǎo)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?zhèn)€別局部小區(qū)域上。黃斑呈淚滴形，很可能是在組裝過程中受到飛濺的唾液侵襲。由于唾液的腐蝕性，通過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(kuò)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(xiàn)的大面積發(fā)黑缺陷，如圖6所示。顯然這是金層表面附著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(jié)果。

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

黑鎳現(xiàn)象的成因非常復(fù)雜，有一種理論解釋為：在化學(xué)浸Au/Ni時，Ni溶解與Au沉積同時發(fā)生置換反應(yīng)。當(dāng)Au鍍液置換反應(yīng)過劇時，將使Ni層迅速氧化而變黑。

通過在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(shù)量與ENIG Ni/Au工藝參數(shù)及其工藝過程控制有關(guān)，同時也與化學(xué)Au鍍層的厚度有關(guān)。當(dāng)涂層過薄或工藝過程參數(shù)控制不當(dāng)時，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，從而形成大片的黑色氧化鎳。

Au本身具有極高的抗腐蝕性，但由于黑盤現(xiàn)象發(fā)生后，此時附在氧化鎳層上的Au與氧化鎳層之間已無任何附著力，所以才導(dǎo)致大部分的Au層從金手指表面脫落，從而導(dǎo)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，是一種無法預(yù)測的隱患，危害極大。

3、金面粗糙

表面不平滑，有凹凸

問題解決措施

（1）改善PCB ENIG Ni（P）/Au工藝條件和過程的精細(xì)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。