PCB化学镍金及OSP工艺步骤和特性分析.doc

PCB化学镍金及OSP工艺步骤和特性分析1、化学镍金 　　1.1基本步骤 　　脱脂→水洗→中和→水洗→微蚀→水洗→预浸→钯活化→吹气搅拌水洗→无电镍→热水洗→ 无电金→回收水洗→后处理水洗→干燥 　　1.2无电镍 　　A. 一般无电镍分为置换式与自我催化式其配方极多，但不论何者仍以高温镀层质量较佳 　　B. 一般常用镍盐为氯化镍(Nickel Chloride) 　　C. 一般常用还原剂有次磷酸盐类(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/联氨 (Hydrazine)/硼氩化合物(Borohydride)/硼氢化合物(Amine Borane) 　　D. 螯合剂以柠檬酸盐(Citrate)最常见。 　　E. 槽液酸碱度需调整控制，传统使用氨水(Amonia)，也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)，除可调整PH及比氨水在高温下稳定，同时具有与柠檬酸钠结合共为镍金属螯合剂，使镍可顺利有效地沉积于镀件上。 　　F. 选用次磷二氢钠除了可降低污染问题，其所含磷对镀层质量也有极大影率。 　　G. 此为化学镍槽其中一种配方。 　　配方特性分析： 　　a. PH值影响：PH低于8会有混浊现像发生，PH高于10会有分解发生，对磷含量及沉 积速率及磷含量并无明显影响。 　　b.温度影响：温度影响析出速率很大，低于70°C反应缓慢，高于95°C速率快而无法控制.90°C最佳。 　　c.组成浓度中柠檬酸钠含量高，螯合剂浓度提高，沉积速率随之下降，磷含量则随螯合 剂浓度增加而升高，三乙醇氨系统磷含量甚至可高到15.5%上下。 　　d.还原剂次磷酸二氢钠浓度增加沉积速率随之增加，但超过0.37M后槽液有分解现像， 因此其浓度不可过高，过高反而有害。磷含量则和还原剂间没有明确关系，因此一般 浓度控制在O.1M左右较洽当。 　　e.三乙醇氨浓度会影响镀层磷含量及沉积速率，其浓度增高磷含量降低沉积也变慢， 因此浓度保持约0.15M较佳。他除了可以调整酸碱度也可作金属螯合剂之用 　　f.由探讨得知柠檬酸钠浓度作通当调整可有效改变镀层磷含量 　　H. 一般还原剂大分为两类： 　　次磷酸二氢钠(NaH2PO2H2O，Sodium Hypophosphate)系列及硼氢化钠(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氢化钠价贵因此市面上多以次磷酸二氢钠为主 一般公认反应为： 　　[H2PO2]- H2Oa H [HPO3]2- 2H(Cat) -----------(1) 　　Ni2 2H(Cat)a Ni 2H ----------------------------------(2) 　　[H2PO2]- H(Cat)a H2O OH- P----------------------(3) 　　[H2PO2]- H2Oa H [HPO3]2- H2------------------(4) 　　铜面多呈非活化性表面为使其产生负电性以达到启镀之目铜面采先长无电钯方式反应中有磷共析故，4-12%含磷量为常见。故镍量多时镀层失去弹性磁性，脆性光泽增加，有利防锈不利打线及焊接。 　　1.3无电金 　　A. 无电金分为置换式镀金与无电金前者就是所谓浸镀金(lmmersion Gold plating) 镀层薄且底面镀满即停止。后者接受还原剂供应电子故可使镀层继续增厚无电镍。 　　B. 还原反应示性式为：还原半反应：Au e- Au0 氧化半反应式: Reda Ox e- 全反应式:：Au Red aAu0 Ox. 　　C. 化学镀金配方除提供黄金来源错合物及促成还原还原剂，还必须并用螯合剂、安定剂、缓冲剂及膨润剂等才能发挥效用。 　　D. 部份研究报告显示化学金效率及质量改善，还原剂选用是关键，早期甲醛到近期硼氢化合物，其中以硼氢化钾最普遍效果也佳，若与他种还原剂并用效果更理想。代表反应式如后： 　　还原半反应：Au(CN)-2 e-a Au0 2CN- 　　氧化半反应式：BH4- H2O a BH3OH- H2 　　BH3OH- 30H- a BO2- 3/2H2 2H20 3e- 　　全反应式：BH3OH 3AU(CN)z 30H-， BOz吐 /2Hz 2H，0 3Auo　 6CN- 　　E. 镀层之沉积速率随氢氧化钾及还原剂浓度和槽温提高而提升，但随氰化钾浓度增加而降低。 　　F. 已商业化制程操作温度多为9O℃左右，对材料安定性是一大考验。 　　G. 细线路底材上若发生横向成长可能产生短路危险 　　H. 薄金易有疏孔易形成Galvanic Cell Corrosion K。薄金层疏孔问题可经由含磷后处理钝化方式解决。 　　1.4制程重点： 　　A. 碱性脱脂： 　　为防止钯沉积时向横向扩散，初期使用柠檬