化学镍金工艺讲座.doc

化学镍金工艺讲座 一﹑概述 化学镍金又叫沉镍金﹐业界常称为无电镍金(Electroless Nickel Immersion Gold)又称为沉镍浸金。 PCB化学镍金是指在裸铜面上化学镀镍﹐然后化学浸金的一种可焊性表面涂覆工艺。它既有良好的接触导通性﹐而且具有良好的装配焊接性能﹐同时它还可以同其它表面涂覆工艺配合使用。随着日新月异的电子业的民展﹐化学镍金工艺所显出的作用越来越重要。 二﹑化学镍金工艺原理 2.1 化学镍金催化原理 2.1.1 催化 作为化学镍金的沉积﹐必须在催化状态下﹐才能发生选择性沉积。Ⅷ族元素及Au等许多金属都可以作为化学镍的催化晶体。铜原子由于不具备化学镍沉积的催化晶种的特性﹐所以通过置换反应可使铜面沉积所需要的催化晶种。 2.1.2 钯活化剂 PCB业界大都使用PdSO4或PdCl2作为化学镍前的活化剂 在活化制程中﹐其化学反应如下﹕ Pd2++Cu→Pd+Cu2+ 2.2 化学镍原理 2.2.1 化学镍 在钯(或其它催化晶体)的催化作用下﹐Ni2+被NaH2PO2还原沉积在裸铜表面。当镍沉积覆盖钯催化晶体时﹐自催化反应将继续进行﹐直到达到所需要之镍层厚度。 2.2.2 化学反应 在催化条件下﹐化学反应产生镍沉积的同时﹐不但伴随着P的析出﹐而且产生氢气的逸出。 主反应﹕Ni2＋+2H2PO2－+2H2O→Ni+2HPO32－+4H＋+H2↑ 副反应﹕4H2PO2－→2HPO32－-+2P+2 H2O+H2 2.2.3 反应机理 H2PO2－+H2O→H＋+HPO32－+2H Ni2＋+2H→Ni+2H＋ H2PO2－+H→H2O+OH－+P H2PO2－+H2O→H＋+HPO32－+H2↑ 2.2.4 作用 化学镍的厚度一般控制在3~5μm﹐其作用同金手指电镀镍一样﹐不但对铜面进行有效保护﹐防止铜的迁移﹐而且具备一定硬度和耐磨性能﹐同时拥有良好的平整度。在镀件浸金保护后﹐不但可以取代拨插不频繁的金手指用途(如计算机内存条)﹐同时还可以避免金手指附近连接导电处斜边时所遗留裸铜切口。 2.3 浸金原理 2.3.1 浸金 是指在活性镍表面﹐通过化学置换反应沉积薄金。 化学反应﹕ 2Au(CN)2－+Ni→2Au+Ni2＋+4CN－ 2.3.2 作用 浸金的厚度一般控制在0.05~0.1μm﹐对镍面具有良好的保护作用﹐而且具备很好的接触导通性能。很多需按键接触的电子器械(如手机﹑电子字典)﹐都采用化学浸金来保护镍面。 三﹑化学镍金工艺流程 3.1 工艺流程简介 作为化学镍金流程﹐只要具备6个工作站就可满足其生产要求。 3~7min 1~2min 0.5~4.5min 2~6min 20~30min 7~11min 除油 微蚀 预浸 活化 沉镍 沉金 3.2 工艺控制 3.2.1 除油缸 一般情况﹐PCB沉镍金采用酸性除油剂来处理制板﹐其作用在于去除铜面之轻度油脂及氧化物﹐达到铜面清洁及增加润湿效果的目的。它应当具备不伤Soider Mask(绿油)﹐低泡型易水洗的特点。 除油缸之后通常为二级市水洗﹐如果水压不稳定或经常变化﹐则将逆流水洗设计为三及市水洗更佳。 3.2.2 微蚀缸 微蚀的目的在于清洁铜面氧化及前工序遗留残渣﹐保持铜面新鲜及增加化学镍层的密着性﹐常用微蚀液为酸性过硫酸钠溶液。 Na2S2O8﹕80~120g/L 硫酸﹕20~50ml/L 沉镍金生产也有使用硫酸双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液来进行的。 由于铜离子对微蚀速率影响较大﹐通常须将铜离子的浓度控制有5~25g/L﹐以保证微蚀速率处于0.5~1.5μm﹐生产过程中﹐换缸时往往保留1/5~1/3缸母液(旧液)﹐以保持一定的铜离子浓度﹐也有使用少量氯离子加强微蚀效果。 另外﹐由于带出的微蚀残液﹐会导致铜面在水洗过程中迅速氧化﹐所以微蚀后水质和流量以及浸泡时间都须特别考虑。否则﹐预浸缸会产生太多的铜离子﹐继而影响钯缸寿命。所以﹐在条件允许的情况下(有足够的排缸)﹐微蚀后二级逆流水洗之后﹐再加入5%左右的硫酸浸洗﹐经二级逆流水洗之后进入预浸缸。 3.2.3 预浸缸 预浸缸在制程中没有特别的作用﹐只是维持活化缸的酸度以及使铜面在新鲜状态(无氧化物)下﹐进入活化缸。 理想的预浸缸除了Pd之外﹐其它浓度与活化缸一致。实际上﹐一般硫酸钯活化系列采用硫酸作预浸剂﹐盐酸把钯活化系列采用盐酸作预浸剂﹐也有使用铵盐作预浸剂(PH值另外调节)。否则﹐活化制程失去保护会造成钯离子活化液局部水解沉淀。 3.2.4 活化缸 活化的作用是在铜面析出一层钯﹐作为化学镍起始反应之催化晶核。其形成过程则为P