化鎳金的工藝控制及常見問題與改善方法

2020-12-07 電子發燒友

化鎳金的工藝控制及常見問題與改善方法

發表於 2019-04-29 14:09:05

化學鎳金又稱化鎳金、沉鎳金或者無電鎳金，化學鎳金是通過化學反應在銅的表面置換鈀再在鈀核的基礎上化學鍍上一層鎳磷合金層，然後再通過置換反應在鎳的表面鍍上一層金。目前化鎳金的沉金有置換和半置換半還原混合建浴兩種工藝。

化學鎳金主要用於電路板的表面處理。用來防止電路板表面的銅被氧化或腐蝕。並且用於焊接及應用於接觸（例如按鍵，內存條上的金手指等）。

工藝控制

1、除油缸

一般情況﹐PCB沉鎳金採用酸性除油劑來處理制板﹐其作用在於去除銅面之輕度油脂及氧化物﹐達到銅面清潔及增加潤溼效果的目的。它應當具備不傷Soider Mask（綠油）﹐低泡型易水洗的特點。除油缸之後通常為二級市水洗﹐如果水壓不穩定或經常變化﹐則將逆流水洗設計為三及市水洗更佳。

2、微蝕缸

微蝕的目的在於清潔銅面氧化及前工序遺留殘渣﹐保持銅面新鮮及增加化學鎳層的密著性﹐常用微蝕液為酸性過硫酸鈉溶液。

洗過程中迅速氧化﹐所以微蝕後水質和流量以及浸泡時間都須特別考慮。否則﹐預浸缸會產生太多的銅離子﹐繼而影響鈀缸壽命。所以﹐在條件允許的情況下（有足夠的排缸）﹐微蝕後二級逆流水洗之後﹐再加入5%左右的硫酸浸洗﹐經二級逆流水洗之後進入預浸缸。

3、預浸缸

預浸缸在製程中沒有特別的作用﹐只是維持活化缸的酸度以及使銅面在新鮮狀態（無氧化物）下﹐進入活化缸。

4、活化缸

活化的作用是在銅面析出一層鈀﹐作為化學鎳起始反應之催化晶核。其形成過程則為Pd與Cu的化學置換反應。

5、沉鎳缸

化學沉鎳是通過Pd的催化作用下﹐NaH2PO2水解生成原子態H﹐同時H原子在Pd催化條件下﹐將鎳離子還原為單質鎳而沉積在裸銅面上。

6、沉金缸

置換反應形式的浸金薄層﹐通常30分鐘可達到極限厚度。由於鍍液Au的含量很低﹐一般為1~2g/L﹐溶液的擴散速度影響到大面積Pad位與小面積Pad位沉積厚度的差異。一般來說﹐獨立位小Pad位要比大面積Pad位的金厚度高100%也屬正常現象。對於PCB的沉金﹐其金面厚度也會因內層分布而相互影響﹐其個別Pad位也會出較大的差異。

通常情況下﹐沉金缸的浸鍍時間設定在7-11分鐘﹐操作溫度一般在80~90℃﹐可以根據客戶的金厚要求﹐通過調節溫度來控制金厚。需要留意的是﹐金缸容積越大越好﹐不但其Au濃度變化小而有利於金厚控制﹐而且可以延長換缸周期。為了節省成本﹐金缸之後需加裝回收水洗﹐同時也可減輕對環境的汙染。回收缸之後﹐一般都是逆流水洗。

化鎳金常見問題及改善方案 

第一：滲鍍 

問題產生原因分析：  

1. 鎳缸活性太強；2. 前處理活化鈀濃度高或被汙染（金屬鐵、銅離子汙染或局部溫度高會加速藥水老化）、浸泡板時間長、溫度過高或在活化缸後（即沉鎳前）水洗不足；3. 前工序磨板太深甚至傷基材易吸附鈀、磨板前未徹底清潔設備上之輥轆且水壓不足難衝洗乾淨線路邊緣上殘留之銅粉（沒有完全被微蝕掉）、蝕刻後殘銅、沉鎳時易產生滲鍍；4. 化銅PTH前處理膠體活化鈀濃度高。  

相應的改善對策：  

1. 嚴格控制鎳缸負載在0.3～0.8dm2/L及適當穩定劑，當陽極保護電流》0.8A時需倒缸；2. 嚴格控制活化槽液濃度、浸板時間、工作溫度、水洗時間、活化後板子充分水洗及儘量避免槽液汙染；3. 加強化鎳前QC板子檢查蝕刻後確保無殘銅、磨刷設備清潔、微蝕深度、磨板深度以及水壓必須要充分（普通軟板刷磨選擇1000～1500『』，硬板刷磨800～1000『』，現常採用噴刷機對外觀品質更能夠保持色澤一致）；4. 化銅PTH前處理膠體活化鈀濃度應適當控制低些。

第二、漏鍍 

問題產生原因分析：  

1. 化鎳前處理活化鈀濃度太低、浸活化時間、溫度不夠、活化汙染或沉鎳前的板子滯留在水槽裡時間過長（鈍化）；2. 銅面有殘膠或銅面處理不乾淨（退錫不淨，外界汙染或前工序汙染）；3. 沉鎳槽中藥水穩定劑過量、溫度過低、活性不夠（鎳層呈暗黑，沉金後板面金色偏暗紅色）、負載量不足、金屬或有機汙染或攪拌太激烈易產生「漏鍍」。銅面氧化嚴重或顯影后水洗不良，鎳槽PH、銅面受硫化物汙染或控制添加不當。

相應的改善對策：  

1. 控制好活化槽液鈀濃度、浸板時間、工作溫度、減少銅離子汙染（活化銅離子大於100PPM時需更換）以及確保沉鎳前的板子時間滯留在水槽時間過長；2. 化鎳前處理時確保板子銅面無殘膠以及銅面處理乾淨；3. 控制好化鎳槽各操作參數、確保化鎳前活性、槽內增加輔助銅板來提高負載量、避免金屬或有機汙染和控制好攪拌不宜過激烈。

推薦閱讀：http://m.elecfans.com/article/671616.html

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