PCB 电镀基础知识

1、电镀基础知识（1）以瓦特浴为基础的光泽电镀镍：1 电镀液：瓦特浴是以硫酸镍为主要成分的镀镍发明者的名字而命名的。下图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。 硫酸镍：硫酸镍的作用就是给电镀液供给镍离子。氯化镍也可以供给镍离子。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 NiSO46H2O240300g/L氯化镍 NiCl26H2O4050g/L硼酸 H3BO33545g/LPH3.84.2光剂适量温度5060电流密度24A/dm2搅拌空气搅拌 氯化镍：溶解

2、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给氯离子。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。 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应主要是镀镍反应，但阴极电流效率不是100%。阴极部主要有以下两种反应：镀镍反应 ： 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

3、色。Ni2+2OHNi(OH)2完全没含有硼酸的电镀液和含有标准浓度硼酸的电镀液相比较，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定。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和二次光剂。但出光剂，均匀作用的是二次光剂。二次光剂因

4、是容易吸着在金属表面的有机化合物，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。表3.9镀镍用添加剂的种类和作用：分类药品（例）浓度作用一次光剂 糖精 萘黄酸钠盐12/510/辅助二次光剂，抑制电镀内部应力。二次光剂1-4-丁炔二醇0.10.2/出光剂，均匀光剂。防针孔剂 界面活性剂少量降低电镀液的表面张力，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

5、剂是由一次光剂和二次光剂的合理搭配下形成的。防针孔剂属界面活性剂，会减少镀液的表面张力，氢气气泡也容易从产品表面分开。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： PH：在正常作业条件下PH会随时间正比上升。特别是因使用，阳极面积十分大的时候阳极电流的功率会达到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。若

6、要提高PH值，可以把糕状碳酸镍通过过滤机添加也可以。 温度：光泽镀镍的作业条件是5060。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。 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和温度。同时也可以除去附着在产品表面的氢气泡。搅拌一般使用空气搅拌。 过滤：浴中有固体异物会附着在阴极表面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。 阳极：阳极有电解镍，硫磺镍，、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，

7、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和有机不纯物。 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。铜和铅离子要是超过限界值（1015mg/l）,低电流密度部分由灰色变为黑色。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（0.30.5A/dm2）

8、，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。 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： 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200250左右，延性也很大。光泽镀镍的Hv为450550左右，比较硬，因此延性也较差。 内部应力：如图3.2所示，在又薄又容易变形的板材的背面绝缘化，只在表面做镀镍。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

9、。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。 图3.2内部应力造成的变形以下是从多年来的经验总结出的内部应力的原因： 浴中氯离子浓度高，会导致张开应力变高。 浴中PH值要是超过上限值（PH5），张开应力也会变高。 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。跟瓦特浴中的镀镍相比较，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。电镀基础知识（2）黄酸镀镍

10、：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。 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。氯化镍和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

11、运动的搅拌方式。黄酸为白色结晶有机酸。没有吸湿性和挥发性，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/L450g/L600g/L氯化镍-15g/L10g/L硼酸40g/L30g/L40g/L应力抑制剂适量适量适量针孔防止剂适量适量适量PH3.54.2353.54.5温度2570406060电流密度214A/dm260最大时30A/dm2最大90A/dm2图3.5 硫酸和黄酸的化学构造不同如图所示黄酸的强度和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和氨。NH2SO3+H2ONH4+SO42在局部的过热，高电流密度和低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。 电镀条件：1PH：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。