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· 化学镍金工艺探讨

· 　化学镍金镀层集可焊接、 可接触导通, 可打线、 可散热等功能于一身, 是PCB板面单一处理却具有多用途的湿制程。当前尚无其它的工艺可与之抗衡。但该制程不好做已时日已久, 问题常常出现且不易重工, 问题的解决须从源头开始。对此, 本人将工作过程中遇到的品质问题同业界前辈探讨一下。
首先从化学镍金的反应机理入手。
一、 化镍
镍盐: 以硫酸镍为主, 也有氯化镍、 乙酸镍
还原剂: 次磷酸二氢钠, NaH2PO2
反应机理:
说明: ①次磷酸二氢钠的次磷酸根离子水解并氧化成磷酸根, 同时放出两个活性氢原子吸附在铜底钯面上。
②镍离子在活化钯面上迅速还原镀出镍金属。
③小部分次磷酸根在催化氢的刺激下, 产生磷原子并沉积在镍层中。
④部分次磷酸根在催化环境下, 自己也会氧化并生成氢气从镍面上向外冒出。
· 二、 化金
　　当PCB板面镀好镍层放入金槽后, 其镍面即受到槽液的攻击而溶出镍离子, 所抛出的两个电子被金氰离子获得而在镍面上沉积出金层。
　　反应机理:
　　　　Ni→Ni2+2e
　　　　Au(CN)2-+e→Au+2CN-
　　由此可知, 一个镍原子溶解可获得两个金原子的沉积, 又因金层上有许多疏瓦, 故表面虽已盖满了金层, 但仍可让疏孔的镍面溶解而继续镀出金层, 只是速度越来越慢而已。
　　其次, 化学镍金各流程的管控。
　　一、 前处理。
　　1． 刷磨: 使用高目数的尼龙刷( 1000-1200目) 对板面进行轻刷( 刷磨电流2.0±0.2A) 除去访垢和氧化物.在刷磨后接板时必须戴干净的手套避免接触成型线内的待镀区,以免后续做板出来后板面上有花斑。
　　2． 去脂: 去徐油脂及有机物, 只能采用非离子型遥介面活性剂, 仅具润湿效果而已, 不能用太强的板子型活性剂, 以防止防焊漆表面或基材上带有静电而上镍或损伤水性碱液显影的防焊漆而溶出碳份污染槽液。
　　3． 微蚀: 一般只咬铜30-40µm即可, 如果发现有星点露铜现名象, 很可能为湿膜制程之显影不洁或显影后水洗不净造成。此时可适当延长微蚀时间以便除之。
　　4． 酸洗: 去除微蚀生成的铜盐。
　　5． 预活化: 采用氯化钯作为活化剂时, 其预活化能够盐酸配槽, 去除前面槽, 去除前面槽液的污染, 保护活化槽。
　　6． 活化: 用的活化剂为离子型的氯化钯( 也有硫酸钯, 硫酸钌等铂族贵金属) 。浓度最好控制在30ppm-60ppm。
　　有段时间, 我司生产的某多层板总是有焊垫色差现象, 且两面( S面、 C面) 总是对称出现, 测量镍层只有30µm左右, 而旁边焊垫镍层有120µm以上, 且做其它料号很正常, 此异常曾困扰生产许久, 后经供应商分析是多层板的内外层存在电位差( 此现象经微蚀后更为突出) 阻止镍的附着, 后提高钯浓度至60ppm不良率大幅下降色差且不明显, 可允收。
　　7． 水洗: 在各药水槽之间均须有强力搅拌和循环的纯水洗, 避免使用而水洗造成板面污染
· 二、 化学镍槽的管理
　　组成及管控: 槽液的配方一般为供应商的机密, 主要成份有: 镍盐, 还原剂, 和多种有机添加剂。
　　PH: ( 4.6-5.2) 调整时可用柠檬本或铵水调整,注意:用铵水调整时须缓慢加入且少量多次进行。
　　温度:80℃以上, 以保证镍槽反应的顺利进行。
　　磷含量: ( 6-8%) 含量低, 其抗蚀性, 焊锡性都会变差, 且镍层表面易钝化, 含量高, 会影响镍层的质量, 增大镍层的内应力, 使金镍之间的结合力变差。
　　Ni2+: ( 4.6-5.2g) 含量低, 影响沉积速率, 含量高, 槽液稳定性差, 活性太强易板出。
　　有面添加剂: 添加剂主要有络合剂( 使Ni2+生成络合物, 避免生成氢氧化物或亚磷酸盐沉淀) ; 加速剂, 安定剂。由于槽液中加有加速剂( 多为乳酸) , 故槽液泛却停用后易发霉。因此, 在产量不大或长时间性不用时, 每隔3-4天就升温做假镀( 夏天尤为重要) 。以维持其品质及活性。
　　槽液析出: 在配槽前须用50%的硝酸浸泡8小时发上, 使槽壁生成钝化膜防止镍附着, 生产时在槽四角的假镀杆要外加0.9V左右的直流电压, 以抑制镍镀上槽壁, 硝槽时, 附属设备( 过滤机、 管道) 也要硝化干净。心可能的防止槽液析出。槽液的活性需要十分的稳定, 最好采用自动添加系统使槽液各项成份稳定。这样槽液析出就会变慢。寿命就会延长, 可是为了保证焊锡性的可靠, 其槽液寿命只能用4-5MTO就须换槽。
· 三、 化学金槽的管理
　　成份: 金盐为氰化亚金钾, 含金量63.8%.PH:5.1-6.1
　　化学金采用电位置换反应的原理进行的.能在镍面上镀上1-3µm的金层,在开始反应的一两分钟内沉积速度很快,至后来只能透过金层的疏孔让镍溶出,而继续推动金层的沉积.因以镍的不断溶出,金槽内的镍含量不断增加,一旦超过0.5y/L以上时,不但外观不佳且附着力也不行.故金槽的寿命只能维持3-4MTO。
　　根据长时间的工作经验行出以下干规律, 供同行参考。换两次镍槽换一次活化槽。
　　换两次镍槽换一次活化槽
　　换两次活化槽换一次金槽
　　换两次金槽换一次脱脂槽
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· 　　四、 后处理:
　　PCB镀完金后要尽快清洗, 最好是热水洗, 以保证无水放印, 满足客户的外观要求, 同时心力避免在酸性环境下存放, 避免金面发红, 最好是垫纸转走。
　　最后, 上游制程品质隐患的影响。
　　对化学镍金制程本身没有大的问题出现, 主要是防焊白化, 是点露铜。而这两项都是湿膜制程品质隐患而引起。
　　1． 焊自化。防焊油墨的品质破坏是决定因素, 但一般的油墨只要控制好工艺参数, 也可将严重程度减至最小。
　　我司发前化金板用TARUM TT-9G油墨, 该油墨品质十分过硬, 在镍槽镀50mm都未见防焊白化。可是改用太阳4000-GF5型油墨, 防焊白化有20mil, 做试验发现不印文字去做板, 白化程度为15mil, 判断是有了文字烤板的缘故, 因此将湿膜后烤参数由150℃ 45min改为150℃ 40min; 文字烤板参板由150℃ 20min( 单面文字) 改为140℃ 15min, 做板后防焊白化只有8mil左右, 可允收。说明非化金板适用油墨在做板时, 烤板的时间不宜过长, 避免油墨烘烤过度老化, 化金时防焊老化。
　　2． 星点露铜: 这是最让人头痛的问题, 产生的原因主要是湿膜显影及显影后的水洗烤板时的放板密度( 方便有机溶剂、 油烟散发) 通风状况及烤箱内的清洁程度。
　　发现此种情况, 严重的退洗, 轻微的采取刷磨两次, 延长微蚀时间解决, 最有效的方法是从湿膜制程改进。
　　常见问题的原因及解决方法。
　　1． 色差:
　　原因:
　　①镍槽被污染或使用寿命已到, 槽液有机物累积过多。
　　②金槽内的镍离子过多
　　③活化槽钯浓度不足。
　　解决:
　　① 换镍槽, 杜决污染源。
　　② 分析金槽镍含量, 超过0.５g/L换槽。
　　③ 适当提高钯浓度。
　　2． 镀层粗糙
　　原因:
　　① 镍槽活性太强。
　　② 过滤不够, 板子振动频率幅度不够。
　　③ 前处理不良。
　　解决:
　　① 适当降低温度、 浓度和PH值。
　　② 加强过滤, 最好用5µm的滤芯边疆过滤。同时加强板子的振动频率和幅度, 便于赶走板面上附着的氢气。
　　③ 加强前处理, 同时检查铜面是否粗糙, 杜决来料不良。
　　3． 露铜:
　　原因:
　　① 反面沾异物
　　② 湿膜显影不净和水洗不净
　　③ 钯附着力不够
　　④ 活化后水洗过长
　　⑤ 镍槽药水管控失衡。
　　解决:
　　① 加重刷磨( 追踪异物来源)
　　② 湿膜制程检讨心改进
　　③ 控制去脂槽的Cu2+含量( 小于7g/L)
　　④ 缩短水洗时间( 15SEC)
　　⑤ 严格按比例添加, 同时根据化验结果结果调整
　　4． 金脱皮:
　　原因:
　　① 镍层含磷星高
　　② 镍层钝化
　　解决:
　　① 用AA分析磷含量, 适当降低还原剂添加幅度, 若不行则换槽。
　　② 避免镍层在空气中暴露时间过长。
　　5． 镍、 铜结合力差( 镍/铜分层)
　　原因:
　　① 铜面不洁
　　② 前处理失效
　　解决:
　　① 加强前处理
　　② 分析前处理各槽药液中Cu+含量, 如有超标既换之。
　　( 去脂槽Cu2+<7g/L, 微蚀槽Cu2+<15g/L。酸洗槽Cu2+<0.3g/L)
　　结束语
　　化学镍金制程的品质控制不是一件容易的事, 特别是潜在的品质隐患( 如: 焊锡性) 只有刮客户上我后才能发现, 不过只要严格的按标准作业, 问题发生的机率就会减少。
　　本人此次将该制程的一些经验写出来是为得到业界前辈的指导, 提高自己的能力, 如有不足之处请多指教。