隱形磨損：為何ENIG在邊緣連接器上失效

失效通常藏匿在 RMA 堆中，被偽裝成“軟體故障”。一個 USB 安全金鑰在幾週後停止驗證。一台伺服器機架中的 PCIe 卡間歇性地失去資料，使核心暫停工作。軟體團隊花數週調試驅動程式，但根本原因並非程式碼。只有在20倍放大時才能看到。

如果放大那些失敗電路板的邊緣連接器，故事非常激烈。金鍍層不僅磨損了；而是被徹底剪斷。剩下的只是一層黑色鎳氧化物和暴露的銅。接觸電阻已從可以控制的30毫歐克飆升至開路。

這不是真正的製造缺陷。電路板的製造與設計完全符合圖紙。失敗發生在設計軟體中，當一個簡化的“金鍍層”規格被應用於本應能承受插入物理毀壞的連接器時。

物理學與行銷宣傳冊

採購和初級工程圈普遍存在一個誤解：‘金就是金’。如果資料表說表面處理是金並具有導電性，那就假設它適用於連接器。這個信念代價昂貴，因為它忽略了金屬的基本材料科學。純金非常軟。在冶金學中，我們用維氏硬度（HV）來衡量這種柔軟。

無電解鎳浸金（ENIG），這是大多數現代表面貼裝電路板的標準表面處理，幾乎是純金。其硬度通常在60到90 HV之間。它足夠柔軟，指甲可以在其上留下痕跡。當你將ENIG鍍層的電路板插入配合連接器時，內部的彈簧像硬化鋼犁一樣在柔軟的金表面挖掘。在10到20次插入循環內，金層就會消失。你已經磨穿了鍍層，現在直接將連接器針腳與底層鎳接合。當暴露在空氣中時，鎳會迅速氧化，形成那層黑色的阻性層，阻礙訊號傳輸。

為了承受插入的剪切力，你不能使用純金。你需要“硬金”，技術上稱為電解鎳金。這是一種合金，通常摻入少量的鈷或有時是鎳，從根本上改變沉積的晶體結構。硬金的維氏硬度在130到200 HV之間。它不會犁穿，而是滑動。它設計用來在數百甚至數千次配合循環中，防止底層金屬暴露。

我們經常看到供應商或晶圓廠建議使用“厚ENIG”作為中間策略——只需延長浸金時間以形成更厚的純金層。這是一個陷阱。雖然它可能延遲磨損幾個循環，但會帶來新風險：“黑垫”，一種由於延長浸泡過程中鎳層腐蝕引起的脆性破裂現象。此外，你仍在用錯誤的材料抗衡物理規則。較厚的軟奶油層仍是奶油；它無法抗刀。

製造限制：連接棒

如果硬金是連接器的優選，為什麼不在整塊電路板上設置它？答案在於製造過程。ENIG是一個化學過程；你將電路板浸入池中，反應會在所有暴露的銅上發生。它設計優雅、平整，且不需要外部連接。

Hard Gold 是電解的。它需要一個持續的電流來將金離子驅動到表面。為了讓電流在製造過程中傳到邊緣連接腳，板子設計師必須加入“連接棒”或“匯流排”—這些追踪線物理上將金腳與生產面板的邊緣相連。在電鍍槽中，這些追踪線會傳遞電流。

電鍍完成後，板子會從面板上切割出去，那些連接棒會被切斷。如果你仔細觀察一個金腳的尖端，你經常可以看到它們的殘留——一個暴露的銅點，是連接被切割的地方。這個要求對布局帶來限制。你不容易在板子中間有“漂浮”的硬金島。它也意味著這個過程在人工和步驟上是疊加的。工廠必須進行另外一個遮罩工序來覆蓋其餘的板子，鍍金腳，然後完成剩餘部分。

這導致報價中的一個常見摩擦點。采購經理發現“硬金腳”這一項目增加了5-10%到板子成本，並詢問：“我們難道不能用和其他板子相同的表面處理嗎？”或者反過來，他們要求整個板子用硬金鍍層以簡化工藝。這同樣存在危險。使硬金持久的鈷會使其在焊接時變得糟糕。硬金上的焊點脆弱，很容易失效。規則是嚴格的：元件用ENIG（或OSP/浸銀），連接器用硬金。絕不混用。 整個 在《金鋼》中使用硬金來簡化流程。這同樣危險。使《金鋼》耐用的鈷會使焊接變得糟糕。《金鋼》上的焊點脆弱且容易失效。規則是嚴格的：對元件使用ENIG（或OSP/浸銀），對連接器使用硬金。切勿將它們混合使用。

回憶的微積分

放棄硬金幾乎總是出於經濟考量。在50塊板的原型試產中，硬金的設置費用可能增加$200。在1萬台生產中，每塊板可能多花$0.40。在表格中，節省$4,000看起來是一個勝利。

但可靠性同樣是一個經濟指標也是一個工程指標。我們必須將這個$0.40與失敗的成本權衡。如果這個設備是一次性傳感器，在組裝時只插一次，且之後不再接觸，則技術上ENIG是可以接受的。“插入次數”為一。風險較低。

但如果這個設備是USB隨身碟、記憶卡或模組子板，用戶會插上它們。他們會拔掉它，再插入。六個月後如果那個連接器失效，成本就不僅是$0.40。替換成本包括返廠運費、故障分析的人工、替換裝置，以及 damages to reputation。 將 我們分析了一個涉及定制RAID控制器的案例，該案例中供應商通過在PCIe邊緣連接器使用ENIG，幫助每塊板節省了約$1.20。該連接器在現場開始氧化，阻抗增加。由此產生的熱量不僅導致卡片失效，還融化了主機板上的塑料PCIe插槽。這種“節省”帶來了200台伺服器主板的人工更換要求。這次決策的投資回報率是災難性的。

我們分析了一個涉及定制RAID控制器的案例，供應商通過在PCIe邊緣連接器上使用ENIG每塊節省了大約 1.20。這些連接器在現場開始氧化，增加了阻抗。由此產生的熱量不僅使卡片失效；還熔化了主機主板上的塑料PCIe插槽。鍍層上的“節省”導致需要手動更換200個伺服器主板。這一決策的投資回報率是災難性的。

插入幾何

即使使用正確的金屬，也有可能由於板子邊緣的物理形狀而破壞連接器。標準PCB使用鑽削工具雕刻，留下90度銳角邊緣。如果你用一個1.6毫米厚、具有銳角的邊緣強行插入連接器，你基本上就是在用絞寫刀鋸切連接器腳針。

這就是“倒角”或“斜角”規格變得關鍵的地方。一個合適的邊緣連接器要求PCB邊緣具有一定角度，通常是20或30度。這個坡道讓連接器針腳能夠平滑地滑上金焊盤，而不是與玻璃纖維的前沿碰撞。

常見的設計會規定“硬金，30微英寸”，但卻忘了規定倒角。結果是一塊化學完美但機械上具有破壞性的板子。連接器針腳抓住玻璃纖維，彎曲，或猛烈刮擦金屬前沿，提前磨損表面，使裝置甚至沒有完全插入就已經損壞。如果你的工廠在你提交帶有邊緣引腳的設計時沒有詢問你的斜角角度，那麼他們就讓你陷入了陷阱。

最終規格

當你簽字確認BOM時，你不僅是在購買零部件；你是在購買可能性。為了確保連接失敗的概率接近零，製造圖紙上的規格必須明確。不依賴供應商的預設值。

1. 指定材料： 明確要求“硬性電鍍金”或“金/鈷合金”。
2. 指定厚度： “閃金”是一個行銷術語，而非規格。對於標準邊緣連接器（PCIe、USB、ISA），行業標準（IPC-6012 Class 2/3）通常要求至少30微英寸（約0.76微米）。任何少於15微英寸的，其實就是一個磨損計時器。
3. 指定幾何形狀： 在配合邊緣上標註一個20-30度的倒角。

沒有針對磨損接點的軟體修補。當金屬消失時，裝置就已死亡。為正確鍍層額外花的那點錢，是你所購買過的最便宜的保險。