印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(二).doc

印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(二)3化学镀镍金工艺流程作为化学镀镍金流程，只要具备以下6个工作站就可满足其生产要求：除油（37min） 微蚀（12min） 预浸（0.51.5min） 活化（26min） 沉镍（2030min） 浸金（711min）3.1安美特（Atotech）公司的化学镀镍金Aurotech工艺流程 Aurotech 是安美特公司开发的化学镀镍/金制程的商品名称。适用于制作阻焊膜之后的印制电路板的裸铜区域（一般是焊脚或连接盘的导通孔）进行选择性镀覆的化学法。Aurotech 工艺能在裸露的铜表面和金属化孔内沉积均匀的化学镍/金镀层，即使是高厚径比的小孔也如此。Aurotech 还特别用于超细线电路，通过边缘和侧壁的最佳覆盖达到完全抗蚀保护，同热风整平相比较，Aurotech 没有特别高的温度，印制板基材不会产生热应力变形。此外，热风整平对通孔拐角处的覆盖较差，而化学镀镍/金却很好。与有机可焊涂层相比较，除了熔焊性能之外，Aurotech 镀层还具有好的搭接焊、接触导通和散热功能。Aurotech 的工艺流程及操作参数见表1。表1 Aurotech 之工艺流程及操作参数 工序号 工序名称 药品名称配制浓度PH值温度处理时间1酸性清洁剂CupraprosH2SO4（d=1.84）100ml/L10ml/L13540C463级逆流水洗自来水342微蚀Na2S2O8H2SO4（d=1.84）100g/L20ml/L12535C233级逆流水洗自来水343预浸H2SO4（d=1.84）50ml/L12232C35活化Aurotech-activatorH2SO4（d=1.84）200ml/L50ml/L12325C123级逆流水洗去离子水344化学镀镍Aurotech CNN Mod配制液Aurotech CNN A 补充剂浓NH3水150ml/L60ml/L1520ml/L4.85.38290C2030化学镀镍备用槽3级逆流水洗去离子水345化学浸金Aurotech SF配制液Aurotech 起始液KAu（CN）2（Au68.3%）238ml/L2ml/L3g/L4.05.07280C1015回收去离子水122级逆流水洗去离子水23热水洗去离子水0.51烘干4化学镀镍/金之工艺控制4.1 除油槽一般情况下，印制板化学镀镍/金采用酸性除油剂来处理待加工印制板，其作用在于去除铜面之轻度油脂及氧化物，达到铜面清洁及增加润湿效果的目的。它应当具备不伤阻焊膜、低泡型及易水洗的特性。4.2 微蚀槽微蚀的目的，在于清洁铜表面之氧化及前工序遗留残渣，保持铜面新鲜及增加化学镀镍层的密着性。常用的微蚀液为酸性过硫酸钠溶液，参见表1。4.3预浸槽预浸槽在制程中没有特别的作用，只是维持活化槽的酸度以及使铜面在新鲜状态下（无氧化物），进入活化槽。4.4活化槽活化的作用，是在铜面析出一层钯，作为化学镀镍起始反应之催化晶核。如前所述，其形成过程为Pd与Cu的化学置换反应。工艺控制需关心的问题有：钯槽稳定性问题、活化槽硝槽处理问题、增加后浸处理问题和活化后水洗问题。4.5化学镀镍槽化学镀镍是通过在Pd的催化作用下，NaH2PO2水解生成原子态H，同时H原子在Pd催化条件下，将Ni2+还原为单质Ni而沉积在裸铜面上的过程。工艺控制需关心的问题有：磷含量问题、溶液PH值控制问题、镍槽寿命控制问题、溶液活性与稳定剂关系问题、溶液负载量（Loading factor）问题、镀镍槽的配制问题、程式选择问题和槽内壁镍层之去除问题。4.6化学浸金槽1）金槽之Au络合剂、PH值、SG、温度、浸渍时间要控制好。 在一般情况下，浸金槽的浸渍时间设定在711分钟，操作温度控制在8090，可以根据客户的要求，通过调节温度来控制金厚。 2）沉积速率与浸金厚度问题 以励乐公司“RONMERSE SMT 药水”为例，其沉积速率一般控制在0.05m/ 5min，使金层厚度最小为0.03m，最大为0.12m，此金层能防止镍底不被氧化。 3）使用寿命问题 由于化学浸金是一个置换式反应过程，随着金不断在镍底基上沉积，其反应速度逐渐下降，因而需注意浸金液的寿命，对于励乐公司“RONMERSE SMT 药水”体系，大约在3MTO，超过它要及时进行更换。 4）金回收处理问题为了节省成本，金槽后需加装回收水洗，同时还能减轻对环境的污染。5 化学镀镍/金可焊性控制 5.1金层厚度对可焊性和腐蚀的影响 在化学镀镍/金上，不管是施行锡膏熔焊或随后的波峰焊，由于金层很薄，在高温接触的一瞬间，金迅速与锡形成“界面合金共化物”（如AuSn、AuSn2 、AuSn 3等）而熔入锡中。故所形成的焊点，实际上是着落在镍表面上，并形成良好的Ni-Sn合金共化物Ni3Sn4，而表现固着强度。换言之，焊接是发生在镍面上，金层只是为了保护镍面，防止其钝化（氧化）。因此，若金层太厚，会使进入焊锡的金量增多，一旦超过3%，焊点将变脆性反而降低其粘接强度。 据资料报导，当浸镀金层厚度达0.1m时，没有或很少有选择性腐蚀；金层厚度达0.2m时，镍层发生腐蚀；当金层厚度超过0.3m时，镍层里发生强烈的不可控制的腐蚀。 5.2镍层中磷含量的影响 化学镀镍层的品质决定于磷含量的大小。磷含量较高时，可焊性好，同时其抗蚀性也好，一般可控制在79%。当镍面镀金后，因Ni-Au层Au层薄、疏松、孔隙多，在潮湿的空气中，Ni为负极，Au为正极，由于电子迁移产生化学电池式腐蚀，又称焦凡尼式腐蚀，造成镍面氧化生锈。严重时，还会在第二次波峰焊之后发生潜伏在内的黑色镍锈，导致可焊性劣化与焊点强度不足。原因是Au面上的助焊剂或酸类物质通过孔隙渗入镍层。如果此时镍层中磷含量适当（最佳7%），情况会改善。 5.3镍槽液老化的影响 镍槽反应副产物磷酸钠（根）造成槽液“老化”，污染溶液。镍层中磷含量也随之升高。老化的槽液中，阻焊膜渗出的有机物量增高，沉积速度减慢，镀层可焊性变坏。这就需要更换槽液，一般在金属追加量达45MTO时，应更换。 5.4 PH值的影响 过高的PH，使镀层中磷含量下降，镀层抗蚀性不良，焊接性变坏。对于安美特公司之Aurotech （酸性）镀镍/金体系，一般要求PH不超过5.3，必要时可通过稀硫酸降低PH。 5.5稳定剂的影响 稳定剂可阻止在阻焊Cu焊垫之间的基材上析出镍。但必须注意，太多时不但减低镍的沉积速度，还会危害到镍面的可焊性。 5.6不适当加工工艺的影响 为了减少Ni/Au所受污染，烘烤型字符印刷应安排在Ni/Au工艺之前。光固型字符油墨不宜稀释，并且也应安排在Ni/Au工艺之前进行。 做好Ni/Au之后，不宜返工，也不宜进行任何酸洗，因为这些做法都会使镍层埋伏下氧化的危险，危及可焊性和焊点强度。 5.7两次焊接的影响对低档卡板只做一次焊接，一般不会有问题。但如笔记型电脑的主板、手机或PC等高档板，一般需两次焊接。第一次焊接后，助焊剂残余会浸蚀镍层。第二次焊接的高温会促使氧化甚至变黑，其固有强度变坏，无法通过振动试验。遇到这种情况，只能从槽液管理上入手进行改进，使镀镍层具有更好的抗蚀性能。6 化学镀镍/金与其它表面镍金工艺 化学镀镍/金除了通常所指之化学镀薄金外，应打金线等需求，又派生出化学厚金工艺；出于耐磨导电等性能要求，也派生出化学镀镍金后的电镀厚金工艺；针对HDI板BGA位拉力要求，也派生出选择性沉金工艺。6.1 化学厚金工艺1）工艺流程 除油水洗微蚀水洗预浸活化水洗沉镍水洗化学薄金回收水洗 化学厚金回收水洗干板2）化学厚金之特点 化学厚金是指在还原条件下，金离子被还原为金单质（还原剂同化学镀薄金），均匀沉积在化学薄金上面，在自催化作用下，达到所需要的厚度。 一般情况下，印制板化学厚金的金厚控制在20in左右。某些情况下，也有超过30in金厚的。3）工艺控制 化学厚金最重要的是成本问题，所以，反应速度的控制尤为重要。络合剂、还原剂、稳定剂以及温度，是影响反应速度的重要因素。6.2 沉金金手指电镀工艺1）工艺流程阻焊膜沉镍金干板包胶纸电镀金去胶纸其中，电镀金为如下工艺流程：酸洗水洗刷磨水洗活化水洗镀金回收水洗干板2）沉金金手指电镀的特点 沉金金手指这种类型的板，在制作过程中，先将整板的露铜部分，包括金手指部分进行化学镀镍金。然后，单独将金手指按客户要求之厚度进行电镀金。这种工艺流程简单，性能可靠，既能满足客户元件粘贴要求，又能满足插接性能。3）工艺控制 包蓝胶纸时，一定要防止药水渗漏，避免金药水污染。此外，电镀厚金前，一定要将被镀表面磨刷干净，否则会引起分层。刷磨时，不可吝啬沉金层的浪费，刷磨效果越好，电镀金层的结合力越牢固。6.3 选择性沉金工艺1）工艺流程阻焊膜干菲林曝光显影干板沉镍金褪菲林干板有机保焊涂敷2）选择性沉金的特点 选择性沉金既具有元件粘贴平整的特点，又具有良好的装配焊接性能。同时，针对HDI板BGA位等小型Pad位采用有机保焊涂覆（如Cu106），避免因Pad位