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PCB-电镀基础知识.doc

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电镀根底知识〔1〕 以瓦特浴为根底的光泽电镀镍: 1. 电镀液: 瓦特浴是以硫酸镍为主要成分的镀镍创造者的名字而命名的。下列图3.8是光泽镀镍液的成分组成表。以下说明各个成分主要作用。 ① 硫酸镍: 硫酸镍的作用就是给电镀液供应镍离子。氯化镍也可以供应镍离子。镍离子的浓度越高需要的电流密度就越高,越低就相反。但浓度过高,粘性也变高,因此容易产生针孔,而且液体带出量也会增多。 表3.8 光泽电镀镍液的成分组成: 成分 范围 硫酸镍 NiSO4•6H2O 240~300g/L 氯化镍 NiCl2•6H2O 40~50g/L 硼酸 H3BO3 35~45g/L PH 光剂 适量 温度 50~60℃ 电流密度 2~4A/dm2 搅拌 空气搅拌 ② 氯化镍: 溶解在镀液中分解出氯离子。 NiCl2 → Ni2+ +Cl- 加氯化镍的目的是为了给镀液供应氯离子。氯离子会促进镍阳极的溶解。缺少氯离子,镍阳极会变成不动态化,难以溶解。但过剩的氯离子会增强镀层的内部应力。因此浓度管理非常重要。 ③ 硼酸: 添加硼酸会抑制高电流密度部位产生氢,因此也会防止烧焦。镀镍液的阴极部产生的反响主要是镀镍反响,但阴极电流效率不是100%。阴极部主要有以下两种反响: 镀镍反响 : Ni2++2e-→Ni 产生氢反映: 2H++2e- →H2 特别是端子电流集中部位的氢发生率高,氢离子消耗高,因此这个部位的PH比整个液体的PH高。PH上升会导致产生Ni(OH) 2沉淀。最终沉淀跟镍一起析出使镀层成灰黑色。 Ni2++2OH→Ni(OH)2 完全没含有硼酸的电镀液与含有标准浓度硼酸的电镀液相比拟,含有硼酸的液没有发生烧焦现象。这说明硼酸会抑制高电流部位产生氢。以前的教科书里说明这种现象是因为硼酸作为弱酸起了缓冲作用。但现在这句话已被否认。事实上是硼酸防止了高电流部的PH变化,因此抑制了烧焦现象。而且标准组成的硼酸浓度为溶解度的极限浓度,因此温度一下降就有结晶出现。最近对硼酸排出的规格很严,因此也有用柠檬酸替代硼酸的提案。 2. 光剂: 现在在市场上可以看到销售大量的镀镍用光剂。以下用表格形式总结了光剂的种类以及其作用。〔表3.9〕。光剂一般分为一次光剂与二次光剂。但出光剂,均匀作用的是二次光剂。二次光剂因是容易吸着在金属外表的有机化合物,如果单独使用,会形成脆,高应力,无光泽的电镀层。这时加适量的一次光剂会缓冲二次光剂的不良影响,最终会形成均匀的电镀层。一次光剂控制二次光剂的吸着。因为是这样,一次光剂被称为二次光剂的キャリヤー。 分类 药品〔例〕 浓度 作用 一次光剂 ① 糖精 ② 萘黄酸钠盐 1~2g/l 5~10g/l 辅助二次光剂,抑制电镀内部应力。 二次光剂 1-4-丁炔二醇 /l 出光剂,均匀光剂。 防针孔剂 界面活性剂 少量 降低电镀液的外表张力,易分开氢气气泡。 但是在二次光剂里单独加一次光剂,只能起半光泽效果,均匀性也不是很好。一次光剂又有减少镀镍的张开应力,因此又叫做是应力抑制剂。正常的镀镍光剂是由一次光剂与二次光剂的合理搭配下形成的。防针孔剂属界面活性剂,会减少镀液的外表张力,氢气气泡也容易从产品外表分开。因此可以防止因气泡形成的针孔。 以上添加剂随着使用会分解,吸着,因此要按照电气量的比例来补加。 3. 作业条件: ① PH: 在正常作业条件下PH会随时间正比上升。特别是因使用チタニウムバスケット,阳极面积十分大的时候阳极电流的功率会到达100%。但镀镍的阴极电流功率是作业电流密度范围的90%,因此随着氢离子的浓度减少,PH会上升。因此有必要定期测定PH值,让PH值维持在标准管理范围内。通常用稀硫酸调整PH值。分析结果可以看出,氯化物浓度低的时候暂时用盐酸调整PH的话,就算不补加氯化镍也可以提高氯化物浓度。假设要提高PH值,可以把糕状碳酸镍通过过滤机添加也可以。 ② 温度: 光泽镀镍的作业条件是50~60℃。温度越高添加到阴极上的镍离子就越多,可以使用高电流密度。 ③ 搅拌: 搅拌跟温度一样也会促进镍离子向阴极部的流动,可以使用高电流密度。同时也可以均匀分布浴组成与温度。同时也可以除去附着在产品外表的氢气泡。搅拌一般使用空气搅拌。 ④ 过滤: 浴中有固体异物会附着在阴极外表成为产品粗糙的因素,因此必要经常过滤。活性碳滤布会除去液里的有机不纯物。过滤能力一般为每小时/整个液体量的3倍。 ⑤ 阳极: 阳极有电解镍,硫磺镍,カーボナイズドニッケル、デポラライズドニッケル等。一般使用高纯度电解镍。电解镍以外被称为是加工镍。是为了促进高电流密度下的阳极的溶解而把电解镍加工作成的,因此价格也很高。阳极的形状除了板状之外还有球形,纽扣形,切饼形。板状之外的阳极都装在チタニウムバスケット里使用。阳极棒需要阳极袋。 4. 不纯物管理: 镀镍浴容易受不纯物的影响。不纯物有金属不纯物与有机不纯物。 ① 金属不纯物: 因从前工序中卷入落下来的物品的溶解,镀镍浴中有混入各种各样的金属离子的可能性。一般成为最大问题的元素有铜,铅,铁。其中铁是以Fe2+状态混入到浴中后被空气氧化成Fe3+。 最后成为Fe(OH)3沉淀,因此可以用过滤器过滤掉。铜与铅离子要是超过限界值〔10~15mg/l〕,低电流密度局部由灰色变为黑色。也成为铬电镀覆盖不良的原因。这些金属不纯物把波形铁板作为阴极用低电流密度电解〔0.3~/dm2〕,以高效率把铜离子电解除去。通过低电流密度也可以把铅离子也可以除去,但跟铜相比之下效率较低。 ② 有机不纯物: 有机不纯物大多数都是光剂的分解生成物。浴中有机不纯物的数量增加会导致光泽不良以及针孔。有机不纯物一般用活性炭处理来除去。要是还未处理干净,可以把浴移动到预备槽里,再做活性炭处理。 5. 镀镍的机械性质: ① 硬度: 不含有添加剂的无光泽镀镍跟光泽镀镍相比,较软。Hv大概是200~250左右,延性也很大。光泽镀镍的Hv为450~550左右,比拟硬,因此延性也较差。 ② 内部应力: 如图3.2所示,在又薄又容易变形的板材的反面绝缘化,只在外表做镀镍。结果会像图(a),(b)一样变形。前者叫张开应力,后者叫收缩应力。一般电镀镍的应力为张开应力。偶尔因密着性不良镀镍层剥离的时候,可以看到反翘。这是张开应力的证据。如图3.2所示,素材偏薄会变形,偏厚且不发生变形时,反而会出现裂痕。 以下是从多年来的经历总结出的内部应力的原因: ① 浴中氯离子浓度高,会导致张开应力变高。 ② 浴中PH值要是超过上限值〔PH5〕,张开应力也会变高。 ③ 只加二次光剂也会导致张开应力变高。相反只加一次光剂就会成为压缩应力。一次光剂也起缓冲张开应力的作用。因此一次光剂被称为是应力抑制剂。 ④ 跟瓦特浴中的镀镍相比拟,黄酸镍浴中的镀镍在本质上属于低应力。因此一般在使用低应力的电铸用途方面使用黄酸镍。 电镀根底知识〔2〕 黄酸镀镍: 以黄酸盐作为浴的镀镍的特征为,可以使用高电流密度,内部应力也很低。黄酸盐浴一般应用在电铸以及厚电镀产品中。电镀因延性好,也可以使用在后加工的线材以及板材里。 ① 电镀浴: 一般购入时的黄酸Ni(NH2SO3) 2·4H2O〔式量为322.7,金属含量为18.2%〕为结晶或者是浓厚水溶液状态。表3.10为黄酸盐浴的成分表。一般黄酸的主要成分为黄酸镍,氯化镍以及硼酸。但为了满足使用者的低内部应力的要求,一般把氯化物的添加控制在最小限度。氯化镍与硼酸的作用跟瓦特浴的情况一样。但跟瓦特浴相比之下,因为是高浓度,容易产生针孔,因此一般都会加针孔防止剂,再用机械搅拌。制造电铸产品时,一般用公转,自转运动的搅拌方式。黄酸为白色结晶有机酸。没有吸湿性与挥发性,因此使用以及储藏都很方便。 表3.10 黄酸镍浴 成分·条件 例1 例2 例3 黄酸镍 300g/L 450g/L 600g/L 氯化镍 -- 15g/L 10g/L 硼酸 40g/L 30g/L 40g/L 应力抑制剂 适量 适量 适量 针孔防止剂 适量 适量 适量 PH 3~5 温度 25~70℃ 40~60℃ 60℃ 电流密度 2~14A/dm2 60℃最大时30A/dm2 最大 90A/dm2 图3.5 硫酸与黄酸的化学构造不同 如下图黄酸的强度与化学构造跟硫酸非常相似。 黄酸在低PH〔<0.3〕,高温度溶液〔>80℃〕中会漫漫加水分解成硫酸与氨。 NH2SO3-+H2O→NH4++SO42- 在局部的过热,高电流密度与低PH下会急速加水分解,加水分解的生成物会导致内部应力的增加。 ② 电镀条件: 1.PH:在正常作业条件下跟瓦特浴一样随时间的增加PH会上升。因此有必要调整PH。添加黄酸会降低PH。浴中的PH也会影响电镀应力。浓度为/L的镍浴中PH调整到3.8~4.8,电镀应力为最小值。镍浓度为107g/L时,PH调整到2.9~3.8,电镀应力为最小值。 2.温度:温度越高电镀的张开应力会越小。高温度条件确实能满足电镀的低应力条件,但在℃以上会促进黄酸的加水分解。 3.电流密度:电流密度越高张开应力就越高。 4.不纯物对策:不纯物对策以瓦特浴为准。 第 8 页
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