浅谈沉镍金工艺.doc

一，引言 自1997年以来，化学镍金工艺在国内得到迅速推广，这得益于化学镍金工艺本身所带来种种优点。由于化学镍金板镍金层的分散性好、有良好的焊接及多次焊接性能、良好的打线（Bonding,TS? Bond或U Bond）性能、能兼容各种助焊剂，同时又是一种极好的铜面保护层。因此，与热风整平、有机保焊膜（OSP）等PCB表面处理工艺相比，化学镍金镀层可满足更多种组装要求，具有可焊接、可接触导通、可打线、可散热等功能，同时其板面平整、SMD焊盘平坦，适合于细密线路、细小焊盘的锡膏熔焊，能较好地用于COB及BGA的制作。化学镍金板可用于并能满足到移动电话、寻呼机、计算机、笔记型电脑、IC卡、电子字典等诸多电子工业。而随着这些行业持久、迅猛的发展，化学镍金工艺亦将得到更多的应用与发展机会。 化学镍金工艺，准确的说法应为化镍浸金工艺（Electro-less? Nickel? and? Immersion Gold? Pro-cess,即ENIG）,但现在在业界有多种叫法，除”化学镍金”、”化镍浸金”外，尚有”无电镍金”、”沉镍金”。国内PCB行业多用”沉镍金”一词来谈论这一工艺，因而在本文中，我们也将用”沉镍金”来表述化镍浸金。 二，沉镍金原理概述 沉镍金工艺的原理，实际上反而从”化镍浸金”一词中能够较容易地被我们所理解。即其中镍层的生成是自催化型的氧化-还原反应，在镀层的形成过程中，无需外加电流，只靠高温（880C左右）槽液中还原剂的作用，即可在已活化的铜表面反应析出镍镀层，而金镀层的生成，则是典型的置换反应。当PCB板进入金槽时，由于镍的活性较金大，因而发生置换反应，镍镀层表面逐渐被金所覆盖。 以下简单介绍一个沉镍金的反应过程： 1，? 关于沉镍的反应机理，曾有多篇文章提及。其过程基本上用一个反应式即可表达： 在上述各反应式中，可看到一个自催化氧化-还原反应的典型模式。 而在上述各反应中，需要注意的是反应⑤⑥，从中我们可看到有单体磷的生成，在沉镍过程中，此单体磷亦会一并沉于镍层中，因而，事实上的沉镍层，是磷镍构成。正常情况下，磷的含量应在8％-12％之间，磷含量的多少对PCB板的焊接性能极具影响。 由此，还会引出另外一个关于测量的问题，在目前的大多数PCB厂家及其客户处，金、镍层厚度的测定，普遍采用X-ray镀层测厚仪，但当购买仪器时，仪器制造商所提供的镍标准片均为纯镍片（除非特别指定），用这样的标准片校核之后，再来测沉镍金板，则所测得的镍厚与实际镍厚有一明显偏差，一般的，实际厚度应为X-ray机测得厚度的1.15至1.20倍，我们曾多次通过金相切片的方式证实此点。 2，? 此置换反应的机理较简单，用下式即可表述： 从这个反应式亦可大致想见沉镍后的板在金缸中的反应情形：在镍层表面逐渐被金所覆盖的过程中（包括疏孔）,上述反应会越来越慢直至终此。因而沉金层能够做到的厚度是有限的，大致在0.15μm左右。 三，沉镍金实际生产应用 为顺应市场的变化需求，我公司于97年引入了沉镍金线，其基本流程如下：上板→????? 除油→?????? 二级水洗? →???? 微蚀??? →?? 二级水洗 →???? 预浸??? →?? 活化 →???? 二级DI水洗?? →???? 沉镍?? →??? 镍回收??? →?? 二级DI水洗? →???? 沉金? →???? 金回收?? →?? DI水洗??? →?? 热DI水洗? →????? 烘干?? →???? 下板。 基于上述流程，再结合我们实际生产经验，我们认为：合理的流程、设备设计、对预防和减少某些工艺问题非常重要，而相关工序工艺、生产用水等方面的控制亦至关紧要。 1，? 在新设计沉镍金线或将旧生产线改造成沉镍金线时，如何根据生产流程优化缸位排布显得极其重要。如果设计得当 ，可避免许多难以预料的工艺问题。因此，绝对应当事先多花功夫去研究哪一种缸体排布或怎样的一个行车程序是最合理的、所带来的生产问题可能减到最小。例如：沉镍金板可焊性不良的问题，除了板面污染外，镍面钝化是很主要的一个成因，要防止镍面钝化，就必须考虑到沉镍、沉金之间的控制，包括行车时间长短、滴水时间长短（这些是板在空气中的停留时间）；水洗（尤其是DI水洗）及空气搅拌的大小。因此，镍缸与金缸之间的距离不能相距太远。此外，活化缸不宜太靠近镍缸，否则，药水的交叉污染（行车移动时的飞巴滴液、镍缸的热蒸气滴液等）会使缸寿命变短及严重影响生产板品质。 2，? 镍缸是整条生产线的心脏部分，镍缸设计的好坏，直接影响到生产能否正常进行，这是因为镍缸在整个流程中是最难控制的。 现在，常用的用于制作镍缸缸体的材料有两种：一种是PP；另一种是316不锈钢。 对于PP缸，一般需在缸内壁套上表面光滑的PNN，且在缸壁内镶不锈钢板，以增加强度。这种缸，生产初