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化学镍金工艺讲座 pcb技术 2010-05-20 09:43:11 阅读69 评论0 ??字号：大中小?订阅 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.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+H22.2.3 反应机理H2PO2-+H2O→H++HPO32-+2HNi2++2H→Ni+2H+H2PO2-+H→H2O+OH-+PH2PO2-+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. 3~7min1~2min0.5~4.5min2~6min20~30min7~11min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Pd与Cu的化学置换反应.从置换反应来看，Pd与Cu的反应速度会越来