PCB化鎳金簡(jiǎn)介

1、化鎳金簡(jiǎn)介化學(xué)鎳金工藝具有高度的平整性、均勻性、可焊性或耐腐蝕性等，正日益受到廣大客戶的青睞，本文就實(shí)際生產(chǎn)中遇到一些常見品質(zhì)問題的原因及對(duì)策進(jìn)行探討。一、前言化學(xué)鎳金（ENIG）也叫化學(xué)浸金、浸鎳或無電鎳金，線路板化學(xué)鎳一般P含量控制在79%（中磷），化學(xué)鎳磷含量分為低磷（亞光型）、中磷（半光型）及高磷（光亮型），磷含量越高抗酸腐蝕性越強(qiáng)?；瘜W(xué)鎳分為銅上化鎳、銅上化鎳金和上化鎳鈀金工藝。化鎳常見問題有“黑墊”（常稱為黑盤，鎳層被腐蝕呈灰色或黑色不利于可焊性）或者“泥裂”（破裂）。化學(xué)金分為薄金（置換金，厚度15u）及厚金（還原性金，沉金厚度可以達(dá)25微英寸以上且金面不發(fā)紅）。我司主要生產(chǎn)化學(xué)

2、薄金。二、工藝流程前處理（刷磨及噴砂）酸性除油劑雙水洗微蝕（過硫酸鈉硫酸）雙水洗預(yù)浸（硫酸）活化（Pd觸媒）純水洗酸洗（硫酸）純水洗化學(xué)鎳（Ni/P）純水洗化學(xué)金回收水洗純水洗過純熱水洗烘干機(jī)。三、工藝控制1. 除油缸PCB化鎳金通常采用的是酸性除油劑作前處理，其作用在于去除銅面之輕度油脂及氧化物，達(dá)到銅面清潔及增加潤濕效果的目的，不傷油墨低泡有機(jī)酸型易清洗板面。2. 微蝕缸（SPS+H2SO4）微蝕的目的在于去除銅面氧化層及前工序遺留殘?jiān)?，保持銅面新鮮及增加化學(xué)鎳層的密著性，常用微蝕液為酸性過硫酸鈉溶液（Na2S2O8：80120g/L；硫酸：2030ml/L）。由于銅離子對(duì)微蝕速率影響較大

3、（銅離子越高會(huì)加速銅面氧化，如水洗不充足易污染下一道藥水槽，銅離子的濃度控制是根據(jù)所生產(chǎn)品質(zhì)要求而定，以保證微蝕深度在0.51.0m，換缸時(shí)往往保留1/5缸母液（舊液），以保持一定的銅離子濃度。3. 預(yù)浸缸預(yù)浸缸只是維持活化缸的酸度以及使銅面在新鮮狀態(tài)（無氧化物）下進(jìn)入活化缸，硫酸鈀預(yù)浸缸采用硫酸（H2SO4）作預(yù)浸劑，其濃度與活化缸一致。4. 活化缸活化的作用是在銅面析出一層鈀（Pd），作為化學(xué)鎳起始反應(yīng)之催化晶核。其形成過程則為Pd與Cu的化學(xué)置換反應(yīng)，在銅面置換上一層鈀。實(shí)際生產(chǎn)中不可能也不必要將銅面徹底活化（將銅面完全覆蓋）。從成本上講這會(huì)使Pd的消耗增大且容易造成滲鍍、甩鎳等嚴(yán)重品質(zhì)

4、問題。附：當(dāng)槽壁及槽底出現(xiàn)灰黑色的沉積物，則需硝槽處理，其過程為：加入1：1硝酸，啟動(dòng)循環(huán)泵2小時(shí)以上或直到槽壁灰黑色沉積物完全除去為止。5. 沉鎳缸（沉鎳還原反應(yīng)）化學(xué)沉鎳是通過Pd的催化作用，NaH2PO2水解生成原子態(tài)H，同時(shí)H原子在Pd催化條件下，將鎳離子還原為單質(zhì)鎳而沉積在裸銅面上（一般鎳厚在100250u，速率控制在68”/min）。附：化學(xué)鎳槽硝槽程序：將化學(xué)鎳藥水抽到備用槽，市售濃硝酸濃度是65%，硝槽濃度1030%（V/V）的硝酸，開啟過濾循環(huán)或微打氣至少8小時(shí)后，再靜止數(shù)小時(shí)后須檢查槽底或槽壁是否硝干凈？如不干凈需適量補(bǔ)充硝酸直至槽硝干凈為止，硝干凈后需將硝酸廢液抽出并加水

5、沖洗，再把槽注滿水開啟循環(huán)15分鐘左右（至少選擇兩次），排掉后加純水并開啟循環(huán)過濾15分鐘，并檢查槽里的水、純水PH值（試紙或PH儀檢測(cè)）數(shù)據(jù)（一般純水洗的PH值在5-7之間即可）和電導(dǎo)率（一般在15us/cm以下）才算合格。6. 沉金缸（沉薄金置換反應(yīng)）置換反應(yīng)沉金，通常浸薄金30分鐘可達(dá)到極限厚度（一般金厚在0.0250.1m），速率控制在0.250.45m/min）。由于沉金液Au的含量很低（一般為0.52.0g/L），對(duì)PCB沉金溶液的擴(kuò)散速度、內(nèi)層分布相互影響到大面積焊盤（Pad）位與小面積Pad位沉積厚度的差異。一般來說，獨(dú)立位小Pad位要比大面積Pad位的金厚度高100%也屬正常

6、現(xiàn)象。沉金的厚度要求可通過調(diào)節(jié)溫度、時(shí)間或提高金濃度來控制金厚。金缸容積越大越好，不但其Au濃度變化小有利于金厚控制且可以延長換缸周期。附：為了節(jié)省成本，金缸之后需加裝回收水洗，同時(shí)也可減輕對(duì)環(huán)境的污染。回收缸之后一般都是雙純水洗；當(dāng)Cu2+5PPM，Ni2+500PPM時(shí)需更換。四、化鎳金常見問題及改善方案第一：滲鍍問題產(chǎn)生原因分析：1. 鎳缸活性太強(qiáng)；2. 前處理活化鈀濃度高或被污染（金屬鐵、銅離子污染或局部溫度高會(huì)加速藥水老化）、浸泡板時(shí)間長、溫度過高或在活化缸后（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(shè)備上之輥轆且水壓不足難沖洗干凈線路邊緣上殘留之

7、銅粉（沒有完全被微蝕掉）、蝕刻后殘銅、沉鎳時(shí)易產(chǎn)生滲鍍；4. 化銅PTH前處理膠體活化鈀濃度高。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 嚴(yán)格控制鎳缸負(fù)載在0.30.8dm2/L及適當(dāng)穩(wěn)定劑，當(dāng)陽極保護(hù)電流0.8A時(shí)需倒缸； 2. 嚴(yán)格控制活化槽液濃度、浸板時(shí)間、工作溫度、水洗時(shí)間、活化后板子充分水洗及盡量避免槽液污染；3. 加強(qiáng)化鎳前QC板子檢查蝕刻后確保無殘銅、磨刷設(shè)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10001500，硬板刷磨8001000，現(xiàn)常采用噴刷機(jī)對(duì)外觀品質(zhì)更能夠保持色澤一致）；4. 化銅PTH前處理膠體活化鈀濃度應(yīng)適當(dāng)控制低些。第二、漏鍍問題產(chǎn)生原因分析：1. 化鎳前處理

8、活化鈀濃度太低、浸活化時(shí)間、溫度不夠、活化污染或沉鎳前的板子滯留在水槽里時(shí)間過長（鈍化）；2. 銅面有殘膠或銅面處理不干凈（退錫不凈，外界污染或前工序污染）；3. 沉鎳槽中藥水穩(wěn)定劑過量、溫度過低、活性不夠（鎳層呈暗黑，沉金后板面金色偏暗紅色）、負(fù)載量不足、金屬或有機(jī)污染或攪拌太激烈易產(chǎn)生“漏鍍”。銅面氧化嚴(yán)重或顯影后水洗不良，鎳槽PH、銅面受硫化物污染或控制添加不當(dāng)。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 控制好活化槽液鈀濃度、浸板時(shí)間、工作溫度、減少銅離子污染（活化銅離子大于100PPM時(shí)需更換）以及確保沉鎳前的板子時(shí)間滯留在水槽時(shí)間過長；2. 化鎳前處理時(shí)確保板子銅面無殘膠以及銅面處理干凈；3. 控制好化

9、鎳槽各操作參數(shù)、確?；嚽盎钚?、槽內(nèi)增加輔助銅板來提高負(fù)載量、避免金屬或有機(jī)污染和控制好攪拌不宜過激烈。第三、鎳層“發(fā)白”（鎳層亞、鎳層厚度不足）問題產(chǎn)生原因分析：鎳槽金屬鎳離子過低或過高、溫度低、PH值低、活性不夠、時(shí)間不夠、負(fù)載量大、磷含量偏高（線路或孔邊緣發(fā)白）或鎳浴液4MTO。相應(yīng)的改善對(duì)策：金屬鎳離子調(diào)整到范圍內(nèi)、控制溫度、PH值、提高活性、減少負(fù)載量、降低消耗磷含量達(dá)到允許范圍值或鎳達(dá)到4MTO時(shí)須加強(qiáng)測(cè)試并視品質(zhì)要求選擇更換。第四、金層“粗糙、發(fā)白”問題產(chǎn)生原因分析：1. 來料銅面殘留膠漬或藥水、本身銅面不潔或銅層粗糙、銅面氧化嚴(yán)重、微蝕過度、微蝕銅離子高（不均勻）、退錫不凈；2

10、. 金槽污染（金屬鎳雜質(zhì)污染）或失衡（負(fù)載量過大或過?。?、溫度低、PH值低、金濃度低、比重低、穩(wěn)定劑（絡(luò)合劑）太多、金層厚度不足或金槽藥水達(dá)到4MTO或以上；3. 本身沉鎳不良（鎳層薄或呈陰陽色），如沉金后金層外觀灰暗，其主要是鎳層灰暗，鎳浴液活性差（不穩(wěn)定）、鎳缸循環(huán)局部過快和鎳缸溫度局部過熱或鎳穩(wěn)定劑濃度過高；4. 化學(xué)鎳溶液中有固體顆粒、阻焊發(fā)白或脫落（曝光量不夠或烤溫時(shí)間不夠）導(dǎo)致鎳金藥水、鈀或銅少量污染；5. 鎳槽鍍液PH太高或水質(zhì)不潔。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 加強(qiáng)檢查來料、電鍍銅層質(zhì)量或選優(yōu)質(zhì)板材、控制微蝕咬銅速率、退錫干凈（化鎳前的板子銅面必須確保干凈）；2. 檢測(cè)金槽浴液各成分必

11、須控制在范圍內(nèi)；3. 改善沉鎳質(zhì)量（把握好活性/MTO以及其它成分的控制）、確保鎳槽循環(huán)過濾和槽液溫度達(dá)到均勻以及控制好鎳穩(wěn)定劑在范圍內(nèi)；4. 加強(qiáng)化學(xué)鎳溶液過濾及避免鈀或銅離子等雜質(zhì)污染；5. 確保水質(zhì)量以及鎳槽PH值維持在范圍內(nèi)操作。第五、金層“甩金、甩鎳金”（銅鎳或鎳與金結(jié)合力差）問題產(chǎn)生原因分析：1. 鎳缸后（沉金前）鎳面鈍化、鎳層發(fā)暗黑、一次性加入的量多于5%的鎳成分太高、鎳缸中加速劑失衡、磷高鎳孔口或線路發(fā)白易甩鎳、鎳液金屬銅離子雜質(zhì)污染或各參數(shù)控制不在范圍等；2. 銅面不潔（氧化）、顯影后/微蝕后/活化后水洗時(shí)間長或前處理活化后鈀層表面鈍化、活化過度或濃度太高、活化水洗不充分、除

12、油或微蝕效果差、活化液受銅離子的污染或非工作期間停留的時(shí)間長使活性變差致銅鎳結(jié)合力差；3. 鎳缸與金槽之間的水洗不干凈或水洗時(shí)間長、金液PH值低（金層易腐蝕）、金液被金屬或有機(jī)雜質(zhì)污染（金屬銅、鐵、鎳及綠漆等）、沉金體系對(duì)鎳層腐蝕（鎳層表面發(fā)黑）攻擊性比較大（咬鎳）或成分控制不在范圍內(nèi)等。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 防止鎳面鈍化、把關(guān)鎳層質(zhì)量、做到少量多次方式加料或選擇自動(dòng)添加器設(shè)備控制（每次添加最高不應(yīng)超過槽液鎳含量之15%，當(dāng)添加量大過15%時(shí)應(yīng)分次補(bǔ)充）、調(diào)整鎳液中之加速劑、磷含量降低靠消耗或稀釋槽液、盡量避免減少銅離子污染鎳液及控制好鎳各參數(shù)在范圍內(nèi)；2. 加強(qiáng)銅面前處理板子干凈和防止銅活化

13、后鈀層表面鈍化（滯留在空氣中或水中時(shí)間長）、控制好活化時(shí)間或濃度、活化水洗充分、改善除油或微蝕效果（如微蝕選擇雙氧水+硫酸+穩(wěn)定劑系列，過量穩(wěn)定劑會(huì)直接造成甩鎳金）、減少或避免銅離子污染活化或停留時(shí)間過長視情況調(diào)整或更換；3. 加強(qiáng)沉金板子水洗徹底干凈、調(diào)整PH值在范圍內(nèi)、檢測(cè)藥水被雜質(zhì)污染程度、選擇適宜的沉金體系來滿足質(zhì)量以及確保各成分參數(shù)維持在范圍內(nèi)。第六、化鎳金表面“焊接性不良”（可焊性）問題產(chǎn)生原因分析：1. 金厚度太?。?. 水質(zhì)太差（沉金出來的板子水洗的效果不好）、鎳或金缸超過4MTO、雜質(zhì)污染、活性不夠、黑盤、鎳外觀異常（發(fā)白、發(fā)朦）； 3. 前處理微蝕（銅離子高、選擇雙氧水系列

14、，如穩(wěn)定劑過量洗不凈或停留時(shí)間長）及活化（銅離子污染/活化過度）；4. 化鎳磷含量不低于7%（最好不要超過12%），鎳金層致密性及沉積速率需控制好（68 u/min）；5. 沉金時(shí)間長、金濃度低、溫度低或有機(jī)或金屬雜質(zhì)污染等。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 金的最佳厚度是0.050.1m；2. 沉金后的板子需過回收溢流純水洗再過純熱水洗。加強(qiáng)維護(hù)盡量減少活化、鎳或金槽藥水老化、避免污染、加強(qiáng)活性、杜絕黑盤問題（黑盤在酸性浸金槽對(duì)P含量的化學(xué)鎳層腐蝕嚴(yán)重，容易產(chǎn)生富P層導(dǎo)致可焊性下降，而鎳Ni的高自由能比別的晶界更易發(fā)生氧化，到達(dá)一定程度氧化層呈現(xiàn)灰色至黑色）及加強(qiáng)鎳層外觀質(zhì)量；3. 加強(qiáng)前處理微蝕及活化

15、各參數(shù)的控制；4. 控制磷含量在79%（中磷）及鎳沉積速率；5. 提高金濃度或溫度來減少沉金時(shí)間(10分鐘內(nèi))、減少金槽藥水污染或視污染程度進(jìn)行更換。第七、鎳層“腐蝕”（黑盤）問題產(chǎn)生原因分析：1. 沉金時(shí)間長；2. 金槽液PH值太低、溫度低、金濃度低；3. 鎳磷分布不均造成電位差；4. 藥水老化或雜質(zhì)污染難上金或上金速率太慢；5. 沉金體系對(duì)鎳層攻擊性大；6. 鎳層太?。ǖ陀?m）；7. 鎳槽倒槽時(shí)沒有把硝酸殘留液徹底清洗干凈會(huì)導(dǎo)致沉鎳層有腐蝕現(xiàn)象；8. 長時(shí)間放置有腐蝕性的車間；9. 鎳槽的PH太高導(dǎo)致鎳層的P含量太低，鎳層耐腐蝕性下降。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 控制好沉金速率及時(shí)間并將厚度控

16、制在0.05 0.1m比較適宜，建議不要超過8u；2. 控制金槽液PH值、溫度、濃度到范圍內(nèi)；3. 改善鎳槽在加熱管底下無強(qiáng)的空氣攪拌，適當(dāng)搖擺、震動(dòng)、過濾或空氣攪拌來使鎳磷分布更均勻；4. 提高金濃度或視藥水污染程度必要時(shí)進(jìn)行更換；5. 選擇對(duì)鎳層攻擊性小的優(yōu)質(zhì)金體系產(chǎn)品；6. 將鎳層厚度控制在34m；7. 杜絕硝酸根離子污染槽液；8. 化鎳金出來的板子避免長時(shí)間放置需及時(shí)轉(zhuǎn)入下道工序；9. 生產(chǎn)時(shí)將鎳槽的PH控制在范圍內(nèi)，盡量不要高于4.8，鎳槽后期尤其要注意。第八、鎳層“針孔”問題產(chǎn)生原因分析：1. 鎳槽過濾機(jī)排氣不良、鎳層震蕩不良、鎳槽攪拌太弱；2. 鎳鍍液中有不溶性顆粒、前處理不良或

17、鎳槽液有機(jī)污染（清潔劑/基材/綠漆等）；相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 改善過濾機(jī)排氣狀況、循環(huán)管路漏氣、循環(huán)吸入口液位過低、保養(yǎng)震蕩器之排氣機(jī)件及加強(qiáng)震蕩強(qiáng)度或頻率、增加攪拌及搖擺速度（試出最佳攪拌條件）；2. 加強(qiáng)過濾鎳槽液、改善前處理及減少鎳槽液有機(jī)污染。第九、析出保護(hù)裝置的電流太高（耗鎳量大）問題產(chǎn)生原因分析：1. 鎳浴溫度高、PH高、局部溫過熱、補(bǔ)充液加過快、安定劑太低；2. 槽壁鈍化；3. 活化液少量帶入；4. 掛架上的鎳金碎片掉入鎳槽內(nèi)；5. 析出保護(hù)裝置異常；6. 不銹鋼槽體鈍化不良。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 控制鎳液各操作參數(shù)；2. 杜絕槽壁鈍化；3. 避免前處理活化殘液少量帶入致污染鎳液

18、；4. 需定期檢查掛架上沉積層并進(jìn)行脫除干凈；5. 改善陽極析出保護(hù)裝置確保正常使用；6. 重新用硝酸鈍化處理。第十、鎳液“混濁”問題產(chǎn)生原因分析：1. 鎳PH、溫度高；2. 帶出量太多；3. 藥液或空氣從管路泄露；4. 藥液失調(diào)活性過高。相應(yīng)的改善對(duì)策：1. 將鎳PH值、溫度控制在范圍內(nèi)；2. 注意員工操作（絕大多選擇自動(dòng)線設(shè)備）；3. 改善設(shè)備；4. 加強(qiáng)維護(hù)藥水并確保鎳液正?；钚浴５谑?、注意事項(xiàng)1. 軟板線路密集間距小于0.1毫米時(shí)，活化時(shí)間控制在6090秒之間，Pd2+控制在1015PPM為宜。如沉鎳不上或一塊板中有一小塊或線路沉上的金薄，說明活化濃度或時(shí)間不夠。2. 測(cè)試板過除油、

19、微蝕、預(yù)浸及活化，活化處理后并觀察Cu表面Pd層情況：表面顯灰白色活化適度（既沒有活化過度變黑色，也沒有活化不夠顯Cu本色）而后化鎳金沒有發(fā)現(xiàn)漏鍍和滲鍍情況，表明此活化劑選擇性良好。3. 生產(chǎn)前檢查陽極保護(hù)電壓是否正常，如不正常需檢查原因，正常電壓保護(hù)是0.81.2V；4. 生產(chǎn)前須用0.30.5dm2/L裸覆銅板對(duì)鎳槽啟鍍。生產(chǎn)時(shí)注意負(fù)載應(yīng)在0.30.8dm2/L之間，如負(fù)載不足需增加拖缸板。防陰極析出裝置之電壓設(shè)定0.9伏特，當(dāng)電流超過0.8A就要翻槽，接頭應(yīng)定期檢查。5. 生產(chǎn)需提前半小時(shí)拖缸確保活性及各參數(shù)正常，停線后鎳槽溫度降至60以下，加溫時(shí)需開循環(huán)或空氣攪拌。生產(chǎn)時(shí)鎳槽加熱區(qū)應(yīng)開

20、空氣攪拌，放板的區(qū)域應(yīng)避免空氣攪動(dòng)；6. 沉鎳金非導(dǎo)通孔上鎳金：直接電鍍或化學(xué)銅殘留鈀太多，鎳槽活性太高。如采用鹽酸+硫脲，藥水成分：硫脲2030克/升、分析純鹽酸1050毫升/升、酸性除油劑1毫升/升。操作條件：時(shí)間45分鐘；溫度22 28度，微蝕過硫酸鈉80克/升，硫酸2050毫升/升。另一種方法是蝕刻后浸此藥水（硫酸：100毫升/升+硫脲：20克/升+硫酸亞錫：60克/升），接著退錫，過三道逆流水洗再走整條化鎳金線或流程為裝藍(lán)浸硫脲（搖擺）水洗（一次）卸板（注意不能刮花）放置裝有清水的盆中（不能放置于空氣中）經(jīng)過刷磨機(jī)第一道微蝕噴淋清水噴淋無需磨板風(fēng)干裝板正?；嚱稹?. 如沉鎳4MTO

21、（補(bǔ)充量大于開缸量的倍數(shù)）時(shí)沉鎳速度隨MTO變高而變慢，鎳層表面活性致沉金速率變慢，沉金后的板呈暗色。沉金時(shí)間要長，如更換沉金藥水后外觀正常。如呈亞鎳或沉金浴液被污染，活性差時(shí)通過沉鎳金液，則上金速率慢難以沉上金或金面呈亞色。此外，金面淺白，不黃，偏亞。沉鎳板正常通過沉金出來有灰孔，通常金槽活性不足（備注：有機(jī)物污染致金層發(fā)暗黑，提高金的含量或加長時(shí)間所沉的金不黃）。8. 如沉鎳缸含亞磷酸鹽高時(shí)（沉鎳灰白），則沉再長時(shí)間鎳的沉積厚度不變（不能再反應(yīng)）。通常亞磷酸鈉（NaHPO3）含量控制在120g/l，如達(dá)到120g/l需重配新液。9. 沉鎳漏鍍發(fā)白即已沉上一層薄薄的鎳層，且鎳層上發(fā)白，由此可知，沉鎳槽浴液活性差，辦法是拖缸及補(bǔ)加D劑來激活鎳槽液活性。10. 退鎳金插架，采用硝酸+鹽