无氰沉金工艺的实践.doc

无氰沉金工艺的实践 深圳市荣伟业电子有限公司/高林军 深圳市亚星电化工有限公司/董振华摘 要：本文介绍无氰沉金工艺特性，主要特性是无氰沉金金面均匀性高及其可减少黑焊盘（PAD）的产生机率、更环保。替代传统的沉金工艺有着显著的优势。随着PCB生产技术成熟、环保的要求不断提升，工艺市场潜力将非常大。此项工艺的也符合环保要求，所以倍受PCB同行的关注。 关键词：无氰沉金、黑焊盘（PAD）、均匀性Abstract: This article describes the characteristics of Cyanide-Free Immersion Gold process, and this characterstics is gold surface have high uniformity and reduce probability of black-PAD,and compared with the traditional immersion gold，This process has very larger advantage. With PCB manufacturing technology and environmental requirements rising, This process will have very large market . This process meet environmental requirement。 So we must pay attention it Key words: Cyanide-Free Immersion Gold 、Black-PAD and COV1、前言氰根极毒,国家早就号召推广无氰电镀,在PCB行业,多个镀种(Cu,Ni,Sn.)己淘汰氰化物,唯一剩下的有氰镀种-镀金、沉金。基于镀层性能,工艺条件等因素影响仍然需含氰根,尚未能攻克。为攻克这一难题，现开发一套不含氰根的沉金配方，并应用于实践生产。（实用于生产的沉金工艺，仅含有微量的腈根并不含氰根），本文从无氰沉金的环保成本及品质改善进行概述。2、原理因为无氰金盐（主要是柠檬酸金钾）不含有氰根，结构与传统金盐不一样。主要是因为传统氰化金钾中的金是以络合的方式存在，而无氰金中的金是以离子状态存在，故药水体系发生变化。金缸开缸药水配方与普通开缸剂相去甚远。深圳荣伟业电子有限公司与亚星电化工有限公司合作开发了一种配套无氰专用的开缸剂，并在实际应用中得到了认可。3、无氰沉金工艺（以深圳荣伟业沉镍金系列药水为例）3.1工艺流程 项 目槽体积药水控制范围开缸时间温度更新频率1酸性清洁剂150RW-90160100 ml/L80ml/L5min52-570C 4 6 m2/L或cu2+250 ppm2自来水洗150每天更换3自来水洗150每天更换4微蚀150SPS80120g/L100g/L13min25-300C 10M2/LH2SO418-22ml/L20ml/L5自来水洗150每天更换6自来水洗150每天更换7酸洗150H2SO43050ml/L4ml/L常温二天更换8水洗150每天更换9预浸150H2SO41015ml/L12ml/L常温二天更换10活化150H2SO41020ml/L15ML/L15min25-300C 2MTO或cu2+250 ppm或10000ft2RW-903Pd2+150ml/L11纯水洗150每天更换12后浸150H2SO42030ml/L25ml/L常温二天更换13纯水洗150每天更换14纯水洗150每天更换15化学镍400RW-904ANi2+=4.55.0g/L50ml/L2030min 82-830C4MTORW-904MPH=4.34.7100ml/LRW-904D4ml/L16回收150每天更换17纯水洗150每天更换18纯水洗150每天更换19化学金(有氰)150RW-905PH=5.05.2200ml/L 210min83-870C 4MTO 金Au2+=0.8-1.5g/L1g/L化学金(无氰)150RW-905RPH=5.05.2200ml/L 7-15min89-930C4.5-5MTO金Au2+=0.8-1.5g/L1g/L20回收150三天更换21热水洗150500C每天更换22纯水洗150每天更换小结：无氰沉金与有氰沉金工艺流程相同点是：工艺控制简单、易于生产员工接受、设备兼容。无氰沉金与有氰沉金工艺不同点在于：1.无氰金沉积时间稍多（约7-15min）;2.无氰金金缸温度略高(约900C);3.无氰金金缸溶液寿命更长(约4.5-5MTO) 3.2工艺特性3.2.1两种金盐的沉积厚度条件：使用RW-905/RW-905R开缸剂，同样的金浓度下测量如下结果：金缸时间无氰金氰化金钾金金厚um金厚um7min0.04 0.05 10min0.05 0.07 20min0.08 0.10 30min0.08 0.12 无氰金盐具有沉积速率稍慢的特点，特别容易控制金厚达到要求。目前为止无氰沉金最厚的镀层厚度在0.1um以内，沉厚金技术正处于研发中。3.2.2两种金盐的金厚分布条件：前处理使用1000#磨刷，使用本文叙述的药水及3.1工艺流程参数，沉金时间为7min，测试两块板各16组数据分析如下。（使用X-Ray测量）12345678均值标准差无氰金0.0600.040 0.045 0.065 0.040 0.050 0.055 0.0500.0500.0070.0650.040 0.040 0.060 0.045 0.045 0.055 0.048有氰金0.0500.060 0.070 0.060 0.040 0.055 0.075 0.070 0.0580.0090.0600.055 0.055 0.060 0.055 0.045 0.055 0.068 由上面的数据为无氰金，标准差=0.007.而同样的氰化金钾标准差=0.009。表明氰化金钾测量结果偏差较无氰金大。故而可知无氰金较氰化金钾沉金均匀性好，不会超成过多的浪费，品质有保障。且无氰金沉积速率稍慢，成本会较好控制。（以上数据均采用同一台X-Ray测量）3.3两种金盐的镍面条件：使用RW-905/RW-905R开缸剂，SEM分析如下结果：金缸时间无氰金氰化金钾金图片（5000倍镍面SEM）图片（5000倍镍面SEM） 7min20min 黑焊盘即为氧化镍（NIXOY）之复杂组成，根本原因是化镍表面在进行浸金置换时，金层不够致密，其镍面过度氧化所致，进行化学电池效应（Galvanic Effect亦称贾凡尼效应）而形成黑镍。同样条件下，无氰金对镍面的伤害小于氰化金盐，形成过度氧化机率降低。从而减少了黑焊盘的产生机率。项目无氰金氰化金钾盐水喷雾PASSPASS可焊性：（265度、波峰焊、回流焊各1次）PASSPASS附着力：（3M胶纸测试）PASSPASS（镀层硬度）耐磨性400-500HV400-600HV可Bonding性PASSPASS贮存性一年一年可靠性(裸板盐水喷雾)PASSPASS3.4其它对比 小结：从以上分析可知无氰金因其沉积速率低,均匀性好的特点，可以更好的控制成本。另因无氰金对镍面攻击较小，减少了黑焊盘的风险。无氰金在各项性能测试结果与氰化金钾相当。3.4.工艺特别注意事项3.4.1注意事项无氰沉金工艺，因其药水体系与传统的有氰沉金不同。故无氰金缸开缸药水配方必须使用配套的开缸剂一同使用，方能达到效果。无氰沉金工艺参数与传统略有不同，开缸时需特别调整。从实践的结果来看工艺基本能达到现有氰工艺的标准。3.4.2常见问题处理无氰沉金一般出现问题及控制：问题原因对策金与镍镀层密着不良1）金属（尤其是Cu）或有机质（绿油等）混入Au液中a)更新镀液b)确认杂质来源2）金缸内Ni含量过高a)更新镀液b)定期换缸金面色差1）金盐浓度不足a)补充添加2）表面污染过多b)更换除油，微蚀3）金缸使用寿命过长c）更新镀液漏镀1）Ni槽补充异常a)由手动分析Ni/pH并做调整b)检查及调整控制器/补充装置2）铜面不洁a)加强前处理制程与清洁剂b) 磨刷或火山灰处理3）镀Ni液pH太低a)调整pH值b)检查及调整控制器/补充装置4）Ni液温度太低a)调整至正确操作温度5）活化不足迹a)检查及调整钯/硫酸浓度b)更改活化处理基准（浓度及浸渍时间等）6）活化水洗时间太久a)缩短水洗时间渗镀1）活化液污染（Fe、微蚀液，镀Ni液等）a)检查污染来源b)预浸及活化槽使用高纯度硫酸c)加药杯勿与其它药液混用2）活化液老化a)活化液更新b)确认活化液的加热方式，循环过滤及使用稀硫酸添加等3）Ni槽液补充异常a)手动分析Ni/pH并作调整b)检查补充量c）检查及调整控制与补充装置4）Ni槽液温度太高a)调整至正常操作温度5）前处理刷压力过大a)检查及调整刷压4、无氰金与有氰金生产成本对比在实际生产中，由于无氰金沉积层非常均匀，现在实际生产过程成本消耗较低，现将数据对比如下：月份生产数量(面积)使用金盐有氰金含量平均每平米使用金盐(g/)平均每平米使用金(g/)2009-14535.5160068.30%0.35 0.24 2009-23750.5125068.30%0.33 0.23 2009-33978.1140068.30%0.35 0.24 小计0.35 0.24 月份生产数量(面积)使用金盐无氰金含量(51%)平均每平米使用金盐(g/)平均每平米使用金(g/)2009-44350.2165051%0.38 0.19 2009-52878.8115051%0.40 0.20 2009-63780.8145051%0.38 0.20 2009-74121.5155051%0.38 0.19 小计0.38 0.20 由此可看出平均每平米板无氰金盐所消耗量为0.2g/m2,而有氰金实际消耗量达到0.24g/ m2.约下降17%左右。无氰金盐含金量稍低,但其沉积均匀，减少了表面差异，从而减少了金盐的消耗，在使用上,同氰化金钾比较约按传统金盐的95%进行添加。（需根据不同客户的不同产品进行微调）现阶段已有多家固定合作的线路板产进行试用，最长的使用已有一年时间，总生产面积30万平方尺左右。.生产工艺己稳定，也得到了客户的认同。5、无氰金与传统金盐的环保处理对比5.1无氰金盐的认定：现开发的无氰沉金用的无氰金盐实际为柠檬酸金钾，以下是相关机构对其的鉴定结果。产品于2008年11月14日经中国疾病预防控制中心测试柠檬酸金钾属实际无毒。产品于2009年2月经国家安全生产监督总局危险化学品分类中心检测不属危险化学品。如此无氰金盐不是剧毒物品，无需到公安部门备案；生产操作亦不需专门培训员工，做正常的防护即可。为大力推广本产品，荣伟业电子有限公司提供了配套的金盐采购，药水配套及技术服务，为客户提供一站式服务。5.2环保处理5.2.1传统化学沉金缸废水的环保处理方法：氰化金钾其特点是毒性大，作用快。它对人畜的危害极大，对人畜的神经系统、呼吸系统、消化系统、心血管系统等均有毒害。如果误食微量氰化物将致死。氰化物的传统废水处理原理为使用氧化剂使得CN根离中破除为C和N。先以次氯酸钠氧化破氰法为例介绍，采用次氯酸钠碱性氯化法，以氯为氧化剂使氰氧化为氰酸盐，为一级氧化，而后调节 PH为 6.57.1，继续投加次氯酸钠，使氰酸盐氧化为无毒的 CO2 和 N2 直接排放。试验采用两级氧化，碱性氯化法处理含氰废水的一级不完全氧化反应：CN-+CLO-H2O CNCL+2OH- CNCL+2OH- CNO-+CL-+H2O含氰废水经局部氧化法破氰反应生成的氰酸根（CNO-）毒性仅为CN- 的千分之一，虽然含氰废水浓度较低，但是CNO-毕竟是有毒物质，在酸性条件下及易水解生成氨（NH3），即：CNO-+2H2O CO2 +NH3+OH-氨不仅污染水体，而且容易与氯化合，生成毒性次于氯的氯胺。二级完全氧化处理，进一步将CNO予以处理，完全破坏其键，使之分解生成CO2、N2 逸出。这样才能保证达到排放标准。其第二级氧化反应式为：2CNO-+3CLO-+H2O2CO2N23CL-+2OH- 。 现将常用的破氰的处理方法举例分析如下：特点氧化剂设备价格处理成本耗电量危险性产渣量去氰能力液氯高低中高低中次氯酸钠中高高高高低漂粉精-高-中高低液氯虽然成本低点，但也会引起安全事故；漂粉精及次氯酸钠有效去氰，但产渣量也较大。次氯酸钠成品药剂易失效，有效期短，宜存放。虽然各家公司在破氰技术上都有所突破，效果也各有千秋。但都需要线路板厂家付出相应的代价。5.2.2无氰沉金缸废水的环保处理方法：无氰金盐废水环保处理就相对简单，因无氰金盐废水不含氰根离子，普通处理后即可。对比氰化金钾极大的简化了电镀企业的废水处理流程。5.3小结无氰金盐从生产角度和环保角度来讲：无氰金盐操作更安全、废水处理更简单，现已成功的运用于化学沉镍金领域，同时在电镀方面进入实验使用阶段。 6、结束语伴随PCB行业及电镀行业的不断发展，传统有氰金盐作为化学沉金、电镀金工艺过程中必不可少的主盐。因为其中含有氰化物，故被列为国家管控的剧毒物品之一。国家清洁生产的要求已是大势所趋。传统有氰金盐在企业申报使用，管控中的诸多不便及其安全、环保的压力，大大阻碍了镀金、沉金的工艺的发展。目前无氰电镀、沉金已成了PCB及电镀行业迫在眉睫需要解决的环保工艺问题；