一、正统电路板的制作皆采“缩减法”制程(Subtract Process)以完成板面的线路。而其外层板之影像转移，在正片阻剂法及负片阻剂法的比较上，又以后者为主流。即在二次线路镀铜后，还必须再镀“锡铅合金层”当成耐蚀刻用的“金属阻剂”，以完成蚀得到线路。之后，线路表面的锡铅层还需经过热油或红外线的重熔，为下游焊接的基地做好准备。此等“电镀锡铅”的制程，二十多年来曾经出现过的重要配方，大约有下列四种:

　　1.氟硼酸式标准型槽液(Fluroboric Standard Bath)

　　此为PCB界在80年以前镀锡铅的标准槽液，其配方及作业条件如下:

　　组成份 操作范围 最佳参数

　　二价锡离子 50-55g/l 52g/l

　　铅离子 27-33g/l 30g/l

　　游离氟硼酸 100-200g/l 100g/l

　　游离硼酸 25-27g/l 25g/l

　　蛋白冻(Peptone) 5-6g/l 5g/l (干量)

　　阴极电流密度 25-40ASF 30ASF

　　液温 15-38℃ 25℃

　　由于此种槽液系采氟硼酸(Flurobric Acid)配制，其中两种金属也都来自氟硼酸盐;还原性很强，不易出现四价锡之不良沉淀物，使得槽液较为稳定。但在高电流处为防止其生长“枝发”现象(Treeing)起见，必须加入蛋白质水解的一种中途产物，即蛋白冻(Peptone)者做为助剂，以改善其镀层质量。

　　此种Peptone的用量高达5g/l，长期操作后不免造成槽液的变黄变混浊，出现严重的有机污染。致使槽液每经三个月必须做一次大规模的活性炭处理，除去过多的杂质及已分解的有机物，以减少锡铅镀层在后续“熔合过程”中所产生气泡(outguessing)以及缩锡(Dewetting)的缺失;并对组装时焊锡性不良的问题得预先排队。但此种配方对小孔深孔中镀层的均匀分布力，却深感吃力，因而到了80年代以后，上述“标准锡铅镀液”就被新一代“高分布力型”的槽液所取代了。

　　2.氟硼酸式高分布力槽液(High Torugh Bath)

　　下述高分布力槽液，其最大的改变是降低金属成份，增加“游离氟硼酸”含量至原有者4倍之多，以加强也中镀层的分布呼。其成本虽可从金属(Sn Pb)减量上有所节省，但另一方面却因游离氟硼酸用量上的大幅增加，反而导致成本上升。且为补充“氟硼酸”的水解起见，须经常不断添加及尽量使“硼酸”饱和，以维持正常的作业。而槽液的臭气、氟与硼的公害、Peptone处理等麻烦，却依然帮我无法摆脱。此一代槽液在业界所流行折限已超过“标准液”，面且目前仍有人在使用。其配方如下:

　　组成份 操作范围 最佳参数

　　二价锡离子 12-20g/l 15g/l

　　铅离子 8-14g/l 10g/l

　　游离氟硼酸 350-500g/l 400g/l

　　游离硼酸 饱和 饱和

　　蛋白冻(Peptone) 2-7g/l 5g/l

　　阴极电流密度 15-20ASF 20ASF

　　3.非蛋白冻的镀液(NoN - Peptone Bath)

　　上述两种槽液中所加入的蛋白冻始终是麻烦的来源，故于80年后期即出现一种“非蛋白冻”式的镀液。此乃另加入某些“非离子性界面活化剂”(Non – Iornic Surfactant)做为替代品，另以保持镀液澄清免受有机污染。但却因其高低电流处的锡铅分配不均，常在孔壁上形成铅量较多的皮膜而不易剥尽，对喷锡板在“焊锡性”上较有影响。此等“非蛋白冻式”氟硼酸槽液，其商品以Pluntin LA最为著名，是由德国一位电镀权威Dr.Ing. Max Schlotter 所推出且风行很久，其配方如下:

　　组成份 操作范围 最佳参数

　　二价锡离子 22.5-45g/l 24g/l

　　铅离子 14-24g/l 14.1g/l

　　游离氟硼酸 68-220g/l 75g/l

　　Plutin LA 导电盐 9.8g/l

　　Plutin LA 启镀剂 40mil

　　阴极电流密度 10-40ASF 20ASF

　　4.其它不含氟的锡铅镀液

　　由于环保法令对放流水中氟化物的允许上限为15ppm，而氟的处理只有靠钙的沉淀法，势必将会制造大量的污泥。而放流水中所允许的硼含量列是低到1ppm，这种致癌物质的处理，更是困难多多，因而Schlotter公司又在1988年发展出一种“烷基磺酸”(Alkanolsulfonate)或称为“有机磺酸”(Organic Sulfonic Acid，即为甲基磺酸)的槽液，完全放弃氟硼酸，可避免“氟污染”或“硼污染”所带来的祸害及处理的麻烦。但四价锡的老化现象仍不易消除。

　　此槽液可用于电子零件、接头及PCB的电镀制程，其优点很多:如腐蚀性低、四价锡少、不再对干膜阻剂发生“潜渗”(Creep)、操作范围很广、镀层致密、耐蚀性良好等。然而也由于其非水性的“添加剂”需先溶于溶剂，再加于槽液中，致使槽液会对油墨产生攻击，造成槽液污染及镀层焊锡性不良的双重苦恼。不过近年来OSA槽液在这方面已有很大改善，且喷锡板(SMOBC)的大量流行，锡铅镀层仅只当成“耐蚀阻剂”后，使得镀层可以减薄，镀时缩短，至于焊锡性更是完全不再要求了。

　　这种新式无氟的甲基磺酸镀锡铅，其流程与传统氟硼酸锡铅系列几乎完全相同，仅将进槽前的预浸液由10%的HBF3改成10%的OSA即可。不过其建浴费用却贵了很多(每公升约台币140元)。幸好液中不再使用Peptone，因而在臭味及对槽液的有机污染上都大为减低，免于活性炭的频繁处理。可使用钛篮及球形阴极，在阴极面积及镀层均匀上均较有利，其配方如下:

　　组成份 配槽量 最佳参数

　　甲基磺酸锡 53ml/l (原液含量300g/l) 15g/l

　　二价锡离子 16g/l 14-22g/l

　　甲基磺酸铅 24ml/l (原液含量450g/l)

　　二价铅离子 11g/l 9-13g/l

　　甲基磺酸 190g/l (原液含量950g/l) 140-180g/l

　　抗氧化剂 2.5g/l 1.5-3.5g/l

　　添加剂 40mil/l 30-50mi/l

　　液温 20-30℃

　　阴极电流密度 10-40ASF 20ASF

　　二、铅与氟硼之公害

　　上述新出现的甲基磺酸锡铅镀液，虽已排除蛋白冻的烦恼，但却仍未走出氟与硼公害的阴影。而令人担心的铅污染，却照样存在后患不已。上述各仅做为“抗蚀皮膜”用的电镀制程中为了要使“铅”溶解才用到氟硼酸，故只要把“铅”放弃掉，则“纯锡镀液”仅用稀硫酸即可配制，根本无需动用到氟硼酸，其二者之公害也就自然消弥于无形，当然更谈不到昂贵的有机磺酸液了。

　　三、铅污染与环保压力

　　1.用途

　　人类使用“铅”的历史很早，古罗马时就知道铅水管的用途。二十世纪中更是大量出现在铅酸蓄电池，汽油中添加四乙基铅(Pb(C2H5)4)当成避震剂，制造枪弹，用做焊料、水晶玻璃(多达30%的氧化铅)、白色颜料(以碱式碳酸铅为主，是一种价廉物美的白色涂料的主要成份，称为“铅白”)、杀虫剂、农药、活版印刷的铅字等，其公害来源可说在大皆有难以避免。

　　2.性质

　　铅在自然界中主要是以硫化铅(PbS，方铅矿)的型式存在，可在平炉中以高温还原法得到铅金属。新切出的铅表面，在空气中会迅速氧化而生成暗灰色的氧化铅(PbO)皮膜，而能保护铅内部不再受到一步的攻击。因又具柔软性容易加工，故可用于屋顶的防漏、水管内损，及电鉴包皮等场合。铅不易被盐酸及硫酸腐蚀，因其表面会生成一层不溶解的氯化物及硫酸盐。但却能溶于稀硝酸或浓硝酸中。

　　3.中毒

　　铅及其化合物都有毒，且会在人体内出现累积效果而引起中毒。对神经系统、肠胃、造血组织等都有严重影响。对于后者尤其敏感，那是因为血红毒中主要的血基质，其合成过程中所需的五种重要酵素，都会受到“铅抑制”之故。中毒常呈现面色苍白、神经烦燥、食欲减退、神经错乱等病症。血液中只要存在0.5PPm时即会发生贫血现象，到达0.8PPm时更将导致脑部疾病，如运动失调、昏睡、及痉击等情形。儿童体内甚至低到0.4PPm也会引发过敏、注意力不集中、智力下降等各种病情，而对未出生的胎儿其影响更大。铅对运动神经的侵害将引发如垂腕、垂足等病发，是中毒最先出现的征象。

　　4.环保

　　在全球环保意识抬头的今日，劳工及公众的卫生安全也跟着受到重视。目前环保署最新发布的“放流水标准”(民国82-87年适用)，其中铅的允许浓度只有1PPm而已。且近来“绿色计算机”(Green Computer)，“绿色板材”(Green Materials)，及“绿色制造”(Green Manufacturing)高唱云霄之际，各类制造业莫不尽量采纳“污染”少及“公害”少的原物料，设计及制程。电路板制程中所用到的“锡铅镀层”，及下游组装焊接所必备的“焊锡”(Solder)，都受到了无情的挑战。对PCB而言，想要取消“铅”的参与并不困难，由于二次铜后只要将耐蚀铅的阻剂换成镀纯锡就可以了。故而无需全盘改变大动干戈，对整体流程的冲击自然不大。至于另一种“无铅焊锡”可就没有那么简单了。

　　四、制程改变及SMOBC的兴起

　　电路板传统制程一向以“熔锡板”为主，对下游焊接打好基础。也就是在二次铜之后另做12-15分钟的电镀锡铅，经去阻剂及蚀刻后即得线路系统，并将其铅锡层在高温中加以熔合，称为“熔锡板”，现将其功用及缺点说明于下:

　　1.熔锡的功能

　　a.让熔锡沿沿线路导体的两侧流下，所有裸露的铜面都以熔锡予以披覆，使铜面在长期使用中受到进一步的保护，避免发生其他问题。

　　b.在高温熔合过程(Fusing)中，底铜与锡之间会迅速生成良性的“接口合金共化物(IMC:Intermattalic Compound Cu5Sn6)，而让板面的孔环、孔壁或焊垫均具备良好的“焊锡性”，有助于游的焊接组装。所采用的熔合制程有油熔法(或称炸油)、脏溶法、红外线熔合法、气相熔合法等。

　　但此种传统“熔锡板”却有下述难以避免的缺点，因此必须改用更好的SMOBC法，以因应下游焊锡性的要求。

　　2.熔锡板的缺点

　　a.由于“锡铅镀层”中已共镀上不少有机物，严重时会在熔合(220℃)之时出现缩锡(Dewatting)、产生气泡口(Outgassing)，甚至无法熔合(Non-Wetting)等现象，对下游零件组装的焊锡性大有影响。因而必须经常对镀液进行活性炭处理才能暂保平安，相当费事。

　　b.熔锡后还要加印绿漆才能出货，而到了组装在线进行焊接步骤时，因为绿漆下的“熔锡层”，在受热到达熔点时(183℃)会发生流动，造成绿漆的破损，无法继续保护板子本身，甚至藏污纳垢遗留祸害。

　　3.喷锡板的兴起

　　上述两项先天性的缺点，已使得“熔锡板”存在的负面效果过大，因而不得不改采新式SMOBC的裸铜喷锡板做为因应。这种“喷锡板”的优缺点又是如何，将分析于后:

　　A.优点——

　　铅锡镀层在完成耐蚀刻的阻剂角色后即行剥除，使得绿漆可以直接加印在裸铜线路上，称之为Solder Mask Over Bare Copper(SMOBC)。由于组装焊(230℃)距离铜的熔点(1083℃)尚远，在数度焊接中其绿漆层仍然紧附于铜面上，丝毫不受影响，完全达到让板的功能。且所镀之锡铅层若只做阻剂用途时即无需熔合，厚度也不必达到0.3mil以上(溶锡板需达到0.3mil以上)，其电镀时间自可减半，流程也得以加速。当焊锡性不再讲究时，镀液也无需再小心呵护，大可省却处理的麻烦。

　　所谓喷锡板(大陆术语为热风整平，系直译自Hot Air Level ling)，是先将镀锡铅之阻剂层剥掉，再完成绿漆，并将孔环孔壁及垫铜面做好清洁处理后，使板子浸于熔融焊锡池内，在沾满焊锡并吹掉多余者而得到的板子，谓之喷锡板。

　　B.缺点——

　　仅只当成阻剂的锡铅层，在完成蚀刻后还要设法予以剥掉，不但要只增“剥除液”的制程及费用，其扣续的环保处理更是缺少不得。且绿漆后的板子还需要做喷锡(大陆术语为热风整平，系直译自Hot Air Level ling)才能完工。如此多加流程倍增开销，成本难免会上升。加之喷锡的温度常高于熔锡，厚度均匀性也不如熔锡。且因IMC劣化较快，焊锡性的维护反不如熔锡板。

　　从上述的分析比较，单就PCB本身立场看来，喷锡板实在是得不偿失;但若站在下游用户的观点，则喷锡板又势在必行。幸好近年“预焊剂”(Pereflux)进步很快，令喷锡板有了代用制程，现说明于后。

　　4.预焊剂的裸铜板

　　a.所为预焊剂就是在“松香基”(Rosin Base)助焊中添加若干“护铜剂”(如Imidazole类)，使涂布在绿漆后已剥锡的裸铜导体上(焊垫或孔环孔壁)，而能与波或锡膏中的焊锡配合，完成焊接的使命，这才是真正的裸铜板。

　　b.由于松香基预焊剂怛属溶剂型，在板面会呈现粘遢遢不清爽的现象，又不耐温不耐湿，是一种讨人厌的涂层，而且也不利电性测试的进行。近年来虽有改进，但仍只在日系业界中流行而已。

　　c.水溶性纯做护铜作用的皮膜层，最早是Glicoat(Alky-Imidazole)制程，在裸铜单面板中已使用多年，称“整面处理”(整理铜面)。然而耐温耐湿性质仍达不到多次焊接，及长期存放的可靠焊锡性，故鲜见于双面或多层板。

　　此类水溶性护铜剂亦会出现这一种Entek Cu-56处理，这就是IBM系统所奉为上方宝剑的“苯骈三氮唑”(Benxotriazole，简称BTA)，这可能量所有“裸铜板”化学品中唯一的美式产品，为了保持面子也经常在蓝图上指定使用。因其所处理的皮膜甚薄，根本不耐湿也不耐温，只能短时间护铜而已。

　　d.最新水溶性Preflux应属获有专利的Alky-Benzi-Imidazole(上村公司之商品为Cu-Coat A)，在耐湿耐温上已有大幅的改进。常温中放置半年后其PCB仍可耐得住锡膏正反面，及波焊等三次高温焊接作业。这种Cu-Coat A无论是在流程、设备、环保及操作成本上，与喷锡相比都有过之而无不及。板子不但焊垫表面非常平坦有利于SMT，且因全未接触高温未遭热应力，对于板子的平坦度(Flatness)及“尺度安定性”也都大有帮助，假以时日将大有取代喷锡之势。

　　五、以纯锡层为耐蚀刻阻剂

　　上述喷锡板或真正的裸铜板，需将辛苦镀上的“锡铅层”又再的剥掉，为的只是抵抗“碱性含氨蚀刻液”那短短1-2分钟的攻击而已。而纯锡层照样耐得住这种喷蚀。在无需继续兼顾下游的焊接起见，其中恶名昭彰的“铅”大可弃之不顾，这就是近年来业界已渐改用“镀纯锡”的方式，以代替锡铅的合金镀层了。

　　1.配方

　　事实上二价锡的酸性镀锡制程，早于20多年前即已广用于电子零件脚，为增进焊锡性的电镀上，并非什么新兴事物。如今转用于PCB耐蚀刻的新任务上，目的更为单纯，根本无需理会“光泽锡”那种低温(15℃)的复杂管理，所需的只是简易的露面锡层而已。以下即为此类槽液的代表配方:

　　组成份 配槽量 最佳参数

　　硫酸亚锡SnSO4.2H2O 35-45g/l 15g/l

　　二价锡离子 19-25g/l 14-22g/l

　　硫酸:CP级 8.3-11.1% 10%(180g/l)

　　抗氧化剂(以对一苯二酚Hydroquione为代表) 2.0-3.0g/l 2.5g/l

　　湿润剂(以Triton-X-100为代表) 40mil/l 40mi/l

　　液温 20-30℃ 23℃

　　阴极电流密度 10-24ASF 18ASF

　　2.讨论

　　成本便宜——

　　从上述配方可知，用于配槽的硫酸，在价格上已远比氟硼酸及有机磺酸更为便宜，这当然是由于不再用“铅”的关系。无论在建浴配槽或是后续的维护补充上，硫酸都是最经济的。其槽液部份的成本只占氟硼酸槽液的要半，比起甲基磺酸槽液来更在一半以下。

　　性能及效率较差——

　　因雾状纯锡层的耐蚀性略逊于锡铅合金镀层，故在15-20ASF时，要镀到10分钟以上才能达到安全厚度的0.15mil。电流密度增加时分布力(Throw-ing Power)反而变差，而现行的氟硼酸镀锡铅在25ASF下，只需5-6分钟即可完全耐蚀，纯锡在流程上似乎也居于不利地位。且因高电流密度处之发气显著，使得锡层的成长反反比低电流处还差。若仅就电镀观点而言，硫酸锡槽液在分布力、阴极效率、及管理难易上，的确都不如Hi-THROU的氟硼酸液，甚至也不如甲基磺酸液，极待改善及推广。

　　槽液中有溶剂存在——

　　由于高电流处抑制在发(Whisker)的添加剂是非水溶性的，需用混合醇类(如甲醇或异丙醇等)先加以溶解才行，如此将使得槽液中的溶剂多达2-3%，比起甲基磺酸锡铅槽液中更多。对于一般油墨阻剂将会形成攻击，而令PCB及槽液同时受到影响。且在高电流密度处也易产生氢气，不但难以镀上锡层，反而助纣为虐连手攻击油墨。最好的对策是改采干膜做为阻剂，或将油墨彻底烤干，以避免被槽液中的溶剂所伤害。紫外线硬化之油墨尤其不能使用。

　　四价锡处理的麻烦——

　　槽液中的“二价锡”原不稳定，在空气的外在氧化下，将逐渐地出现“四价锡”的细微沉淀粒子，对镀锡质量有相当的影响。由于粒子很细过滤机有时也帮不上忙，此时可采架高式的“备用槽”协助处理。在休工时可将槽液抽入此备槽中，其槽底刻意加装2-3片洞口交错的“多孔塑料板”，当静止液中的四价锡微粒全数下沉，透过开孔落入底层时，即可由“孔板”上方的水口放出澄清槽液流回镀槽使用。一般“四价锡”粒子很难滤清，即使加入特定的沉降剂(如Polyacrylamide)及活性炭辅助过滤，并再执行弱电解工序各种动作之下，仍难以维持澄清多久。反而一旦因处理所加的外物清除未尽时，其影响镀层质量的负面效果却一定会出现。

　　全新做法——

　　此种二价锡槽先天性产生四价锡的问题，其恶习化速率还会随操作而为之加倍。此乃因阳极出现初生态氧的缘故，使得附近的四价锡频频产生。据大陆业界的研究报导，一种“硫酸高铈”(Ce(SO4)2)的化学品，有抑制上述阳极附近氧化反应的效果，在阴极上又不会与锡形成共镀，是一种不损耗型相当理想的添加剂。至于国外的论文，在这方面至令尚绝少述及。

　　剥锡及其处理——

　　蚀刻后线路上的剥锡作业，可用13-15%的盐酸为主液，另加少量铜离子及双氧水(采甲基苯磺酸钠或酚磺酸钠为双氧水安定剂)当成加速剂，槽液的安定剂则可采用“间一硝基苯磺酸钠”(15g/l)，如此将可加快速率及延长用期。现场可采浸蚀及喷锡两种方式进行。比起含氟或含硝酸的锡铅剥除液来，此等稀盐酸及氯化锡，在废弃物处理及排放水的限制上，都要容易且便宜的多了。一般含氟含硼及含铅的废水，要做好处理是很不容易的事，若要严格执行时，则成本将会更为高涨。

　　纯锡层亦可留在板上——

　　事实上对环保重视的某些欧洲厂商，一向在PCB上都是采用光泽镀锡做为蚀铜的阻剂，而不理会各式焊性较好的锡铅镀层。故蚀刻后即可直接于其纯锡线路上加印绿漆。由于纯锡熔点高达231℃，且在镀锡层参杂有机物情形下，其熔点更高，在下游焊接中将不致造成熔融流动的情形。然而却也因烘烤绿漆之故，使得纯锡层的“焊锡性”劣化不已，至今尚难以改善。否则“镀纯锡”一法早已无往不利，何须还要动用各式“锡铅电镀”，以及剥锡铅与喷锡等麻烦不已的多种制程。

　　此外镀纯锡还有另一项先天性难以克服的缺点，那就是在长时间的老化中会产生锡发(Whisker)，故对于细线路密焊垫的板子很不适合。

　　六、结论

　　过去20多年电路板界一向以“锡铅镀层”为“线路形成”之耐蚀刻阻剂，由于环保意识高涨及社会成本的觉醒，对于制程中的铅、氟及硼等公害，当然要想尽办法杜绝，并以彻底排除为目标。

　　约在三年前，田内业界不惜增加成本，以“有机磺酸”的镀锡铅制程，先行摆脱氟与硼的公害。近来又有雾状“镀纯锡”的制程推行，至此连“铅公害”也可予以彻底排除，实为国家社会之幸。假以时日待此更便宜的制程更为成熟，而为全业界认同之后，则此等铅、氟、硼之公害将成为历史名词。

　　不过“镀纯锡”只是当成耐蚀刻的暂阻剂而已，事后还要剥掉，以进行绿漆及喷锡。平心而论这仍是资源的浪费，不如让纯锡层留在板面上，待印完绿漆后另做“后处理”以改善其焊锡性，则连喷锡也可省去，如此方为改善及减废的上策。但因镀纯锡会产生锡发，对线路细密的板子不合适，或改用锡与其他金属的合金，来做焊接的基地。

　　在此一终极理想尚未达到之前，绿漆之后的裸铜焊垫或孔环孔壁等，亦可采用耐温耐湿的“预焊剂”(Preflux)处理，使成为焊锡性良好的“裸铜板”，以代替成本居高及遭受(Thermal Stress)的喷锡板。