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一种连续高速选择镀银工艺

放大字体  缩小字体发布日期:2012-02-09  浏览次数:981
核心提示:给出了连续高速选择镀银工艺中前处理(包括电解除油、酸活化、预镀铜、预镀银)和后处理(反脱银和可焊性保护)的配方、维护和保养方法,讨论了高速镀银中各工艺条件(如银离子、游离氰化钾含量,pH和温度)对产品质量的影响,总结了在连续高速选择镀银中的故障处理方法。

1 前言

在电子元器件行业采用全自动大规模生产技术、市场竞争日益激烈的今天,人们对为之服务的电子电镀行业也提出了更高的要求,如每批产品的镀层厚度、均匀度、硬度、亮度都须一致,电镀区域严格控制,成本降低。但普通电镀设备满足不了实际生产的需要,同时也很难达到产品性能要求。高速电镀更切合微电子封装的实际需要,因此逐渐成为电子元器件电镀中的第一选择。

金属银本身具有优异的导电、导热性能,而且与金相比,价格相对便宜,因此在功能性镀层和精密电镀技术中,金属银镀层是常用的镀层种类之一。高速镀银工艺在这种工业大生产状况下应运而生。根据镀件外观、镀银区域和加工方式的不同,在实际生产中常用的连续高速选择镀银方式有3种:浸入式、转轮式和压板式。本文介绍乐思公司的一种连续转轮式高速选择镀银工艺及其电镀添加剂的特点。

2 高速镀银工艺

目前,宁波华龙、常熟展华等几家公司的转轮式生产线正在使用乐思公司提供的电镀工艺和电镀添加剂。其原理是使用专用磨具及软性材料,使需要电镀的部分裸露,遮盖不需要电镀的部分。该模式适用于平面带状和翘曲度不大的簧片类连续线材电镀。由于电力线分布均匀,镀层厚度也比较均匀,可做单面选镀,沉积速率可达到普通电镀沉积速率的10倍,由于高速镀是在高电流密度下实现的,因此与普通电镀的工艺条件有所不同。目前加工材料以铁材、铜材为主。一般高速镀银的工艺流程如下:电解除油一水洗—酸活化一水洗一预镀铜一水洗一预镀银一高速局部镀银一回收一水洗一反脱银一水洗一铜保护一水洗一吹风一烘干。

2.1电解除油

采用高效、低泡、弱碱性、对基体材料腐蚀性小的除油剂HMC-02。该除油剂是双组分电解去油液,其中固体组分A与液体组分B的质量浓度比为16:1,其特点是去油温度低、去油效率高、使用寿命长,阴极和阳极电解去油均可使用,适用于钢、铜和铜合金的表面处理。阴极除油时,其质量浓度应控制在30~60 g/L(最佳为50 g/L左右);阳极除油时,其质量浓度控制在50~80 g/L(最佳为68 g/L左右)。为确保工件的清洗质量,需维持除油液所需浓度。定期进行分析,根据分析结果或工件清洗质量及时补加除油剂。阴极除油时,其质量浓度不低于30 g/L,阳极除油时不低于44 g/L。清洗液除油效果明显下降时,需倒掉旧液,换用新液。

2.2酸活化

由于大部分基材为铜和铁,因此一般采用6%~10%的盐酸溶液即可除去其表面的氧化膜。

2.3预镀铜

金属铜本身质地较软,因此预镀铜可以改善镀层间的结合力,同时也为后续工序提供了一个洁净、活性高的表面。其工艺条件如下:

CuCN ---------------l5~35 g/L

KCN ----------------25~55 g/L

游离KCN -----------8~10 g/L

Jk -------------1~3 A/dm2

θ -------------50~60 ℃

阳极 ------------电解铜

2.4预镀银

由于银韵电极较负,一般的金属会将银离子置换出来,这样的镀层结合力差,会导致在后续的芯片安装及金丝焊接过程中出现气泡。为了防止此现象,除了带电入槽外,还可使用预镀银工艺,它可以在镀层表面形成一层致密的银保护层,同时起打底作用。实际生产中,为了减少高速选择镀银中由于表面张力引起的问题(如镀层色泽不均匀和物理爬银等),可以在预镀银工艺中添加少量润湿剂,减少表面张力。预镀银的工艺条件如下:

银离子(以氰化物形式加入)-------- 1~2 g/L

氰化钾 ---------------70~90 g/L

以 ----------------1~2 A/dm2

阳极 ----------------不锈钢

2.5高速镀银工艺

与普通电镀方式相比,高速电镀需要更大的电流密度,增大镀液中主盐含量,同时加强搅拌。SILVREX JS-5高速镀银工艺的操作条件如下:

银离子 --------------------------------50~70 g/L

游离氰化钾-------------- --------------0~2 g/L

SILVREX JS-5开缸剂--------- 0.5~2.0 mL/L

SILVREX JS-5补充剂 -----------5~100mL/L

JS润湿剂 --------------------------------5 mL/L

pH -------------------------------------8.0~9.5

θ ----------------------------------------50~70℃

Jk -----------------------------------30~150 A/dm2

2.5.1 银离子

与普通电镀方式相比,高速电镀中工件在镀液中的时间很短。为了满足厚度等各方面的工艺要求,工作电流密度需达到30~150 A/dm2,镀液中银离子的含量势必要比普通电镀液中银含量高。如果银含量过低,镀层容易烧焦,但银含量过高会造成镀层粗糙。

2.5.2 游离氰化钾

氰化钾除了与银离子发生配位反应外,还可以提高镀液的导电性能和扩散能力。在该工艺中,由于使用的电流密度较大,为了保证镀液中有足够的银离子,要求游离氰化钾含量较低。游离氰化钾含量过高时,其配位作用会使镀液中可导电的银离子减少,导致工作电流密度只能维持在较低的范围;但氰化钾含量太低时,镀液稳定性变差。

2.5.3 pH

pH应在25℃时测量。pH稳定在一定范围内主要是为了保证氰化银离子在镀液中的稳定。pH太低会造成镀层粗糙,形成针孔,同时镀液会产生银沉淀; pH太高则导致镀层烧焦,加快银在铜表面的沉积,并且影响镀层的耐热性。该工艺中可以使用Acid JS-5调低pH,用氢氧化钾调高pH。

2.5.4 温度

温度越高,则可使用的电流密度范围越大,但同时也会导致镀液蒸发过快,氰化物分解加剧,工作环境更加恶劣。因此,温度一般控制在65 ℃左右。

2.5.5 故障处理

连续高速镀银虽然在电镀原理上与其他镀种相似,但特殊的生产工艺也决定了它和其他电镀方式在故障处理中存在着不同。因此,技术人员不但要熟悉电镀添加剂的性能,而且要十分了解高速选择镀生产线的特点。结合笔者的生产实践经验,简单总结如下:

(1)镀层色泽不均匀——可调节阴阳极之间的距离,检查阳极是否存在破损,或在高速镀银前的水洗槽中添加少量的JS润湿剂。

(2)高电流密度区表面烧焦——适当减小电流密度,或适当提高银离子的含量。

(3)镀层表面存在其他颗粒异物——检查过滤装置,或检查阳极的完整性;阳极最好使用铂材料,其他材料的阳极会发生腐蚀,从而影响镀层。

2.6反脱银

为了消除在非要求电镀区域的少数银层,使产品外观一致,既要将其除去,同时又要求对铜镀层不造成伤害。HAKUREX A9 06是一种无氰型退镀剂,可退除铜或铜合金上的银,且不会破坏基体材料。其工艺条件如下:

HAKUREX Ag 06 ----------75 g/L

添加剂S --------------------50 mL/L

KOH --------------------------36 g/L

Jk ---------------------------3 A/dm2

pH------------------------- l0.7~ll.3

HAKUREX A9 06应与KOH一同加入,并使溶液比重维持在4~6°Be之间。该溶液要定期进行过滤。

2.7后保护

经过反脱银后,为了防止铜层表面被氧化腐蚀,需要对裸露的铜层进行保护。可采用ENTEK-CU 56工艺,其条件如下:

ENTEK-CU 56-----------0.50%~l.25%

纯水 ----------------99.50%~98.75%

θ ----------25~60 ℃

ENTEK-CU 56是一种有机可焊性保护剂,具有很高的耐热性,其分解温度一般在300 ℃以上,因此能够很好地保护新鲜的铜表面,避免铜被氧化或污染。高温焊接时,在焊料的作用下,有机可焊性保护剂被除去,显露出的新鲜铜表面迅速与焊料进行牢固焊接。在使用中,该溶液的温度不能太低,尤其是在冬天。当温度太低时,需要在电镀槽中配置加热管。如在室温下使用,可以适当提高ENTEK-CU 56的浓度。

结语

目前,该工艺在宁波、常熟等地企业主要用来生产T0系列(属于IC引线框架的一种,一般分为T092、 T0126、T0220、T03P等)的产品。产品的镀层均匀性较好,生产成本较低,良品率较高,能满足上游客户的要求。

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