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印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(二)

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-29  浏览次数:781
核心提示:作为化学镀镍金流程,只要具备以下6个工作站就可满足其生产要求
 

3 化学镀镍金工艺流程

作为化学镀镍金流程,只要具备以下6个工作站就可满足其生产要求:

除油(3~7min)→ 微蚀(1~2min)→ 预浸(0.5~1.5min)→ 活化(2~6min)→ 沉镍(20~30min)→ 浸金(7~11min)

3.1 安美特(Atotech)公司的化学镀镍金Aurotech工艺流程

Aurotech 是安美特公司开发的化学镀镍/金制程的商品名称。适用于制作阻焊膜之后的印制电路板的裸铜区域(一般是焊脚或连接盘的导通孔)进行选择性镀覆的化学法。

Aurotech 工艺能在裸露的铜表面和金属化孔内沉积均匀的化学镍/金镀层,即使是高厚径比的小孔也如此。Aurotech 还特别用于超细线电路,通过边缘和侧壁的最佳覆盖达到完全抗蚀保护,同热风整平相比较,Aurotech 没有特别高的温度,印制板基材不会产生热应力变形。此外,热风整平对通孔拐角处的覆盖较差,而化学镀镍/金却很好。

与有机可焊涂层相比较,除了熔焊性能之外,Aurotech 镀层还具有好的搭接焊、接触导通和散热功能。

4 化学镀镍/金之工艺控制

4.1 除油槽

一般情况下,印制板化学镀镍/金采用酸性除油剂来处理待加工印制板,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。它应当具备不伤阻焊膜、低泡型及易水洗的特性。

4.2 微蚀槽

微蚀的目的,在于清洁铜表面之氧化及前工序遗留残渣,保持铜面新鲜及增加化学镀镍层的密着性。

4.3 预浸槽

预浸槽在制程中没有特别的作用,只是维持活化槽的酸度以及使铜面在新鲜状态下(无氧化物),进入活化槽。

4.4 活化槽

活化的作用,是在铜面析出一层钯,作为化学镀镍起始反应之催化晶核。如前所述,其形成过程为Pd与Cu的化学置换反应。

工艺控制需关心的问题有:钯槽稳定性问题、活化槽硝槽处理问题、增加后浸处理问题和活化后水洗问题。

4.5 化学镀镍槽

化学镀镍是通过在Pd的催化作用下,NaH2PO2水解生成原子态H,同时H原子在Pd催化条件下,将Ni2+还原为单质Ni而沉积在裸铜面上的过程。

工艺控制需关心的问题有:磷含量问题、溶液PH值控制问题、镍槽寿命控制问题、溶液活性与稳定剂关系问题、溶液负载量(Loading factor)问题、镀镍槽的配制问题、程式选择问题和槽内壁镍层之去除问题。

4.6 化学浸金槽

1)金槽之Au络合剂、PH值、SG、温度、浸渍时间要控制好。

在一般情况下,浸金槽的浸渍时间设定在7~11分钟,操作温度控制在80~90℃,可以根据客户的要求,通过调节温度来控制金厚。

2)沉积速率与浸金厚度问题

以励乐公司“RONMERSE SMT 药水”为例,其沉积速率一般控制在0.05μm/ 5min,使金层厚度最小为0.03μm,最大为0.12μm,此金层能防止镍底不被氧化。

3)使用寿命问题

由于化学浸金是一个置换式反应过程,随着金不断在镍底基上沉积,其反应速度逐渐下降,因而需注意浸金液的寿命,对于励乐公司“RONMERSE SMT 药水”体系,大约在3MTO,超过它要及时进行更换。

4)金回收处理问题

为了节省成本,金槽后需加装回收水洗,同时还能减轻对环境的污染。

5 化学镀镍/金可焊性控制

5.1金层厚度对可焊性和腐蚀的影响

在化学镀镍/金上,不管是施行锡膏熔焊或随后的波峰焊,由于金层很薄,在高温接触的一瞬间,金迅速与锡形成“界面合金共化物”(如AuSn、AuSn2 、AuSn 3等)而熔入锡中。故所形成的焊点,实际上是着落在镍表面上,并形成良好的Ni-Sn合金共化物Ni3Sn4,而表现固着强度。换言之,焊接是发生在镍面上,金层只是为了保护镍面,防止其钝化(氧化)。因此,若金层太厚,会使进入焊锡的金量增多,一旦超过3%,焊点将变脆性反而降低其粘接强度。

据资料报导,当浸镀金层厚度达0.1μm时,没有或很少有选择性腐蚀;金层厚度达0.2μm时,镍层发生腐蚀;当金层厚度超过0.3μm时,镍层里发生强烈的不可控制的腐蚀。

5.2镍层中磷含量的影响

化学镀镍层的品质决定于磷含量的大小。磷含量较高时,可焊性好,同时其抗蚀性也好,一般可控制在7~9%。当镍面镀金后,因Ni-Au层Au层薄、疏松、孔隙多,在潮湿的空气中,Ni为负极,Au为正极,由于电子迁移产生化学电池式腐蚀,又称焦凡尼式腐蚀,造成镍面氧化生锈。严重时,还会在第二次波峰焊之后发生潜伏在内的黑色镍锈,导致可焊性劣化与焊点强度不足。原因是Au面上的助焊剂或酸类物质通过孔隙渗入镍层。如果此时镍层中磷含量适当(最佳7%),情况会改善。

5.3镍槽液老化的影响

镍槽反应副产物磷酸钠(根)造成槽液“老化”,污染溶液。镍层中磷含量也随之升高。老化的槽液中,阻焊膜渗出的有机物量增高,沉积速度减慢,镀层可焊性变坏。这就需要更换槽液,一般在金属追加量达4~5MTO时,应更换。

5.4 PH值的影响

过高的PH,使镀层中磷含量下降,镀层抗蚀性不良,焊接性变坏。对于安美特公司之Aurotech (酸性)镀镍/金体系,一般要求PH不超过5.3,必要时可通过稀硫酸降低PH。

5.5稳定剂的影响

稳定剂可阻止在阻焊Cu焊垫之间的基材上析出镍。但必须注意,太多时不但减低镍的沉积速度,还会危害到镍面的可焊性。

5.6不适当加工工艺的影响

为了减少Ni/Au所受污染,烘烤型字符印刷应安排在Ni/Au工艺之前。光固型字符油墨不宜稀释,并且也应安排在Ni/Au工艺之前进行。

做好Ni/Au之后,不宜返工,也不宜进行任何酸洗,因为这些做法都会使镍层埋伏下氧化的危险,危及可焊性和焊点强度。

5.7两次焊接的影响

对低档卡板只做一次焊接,一般不会有问题。但如笔记型电脑的主板、手机或PC等高档板,一般需两次焊接。

第一次焊接后,助焊剂残余会浸蚀镍层。第二次焊接的高温会促使氧化甚至变黑,其固有强度变坏,无法通过振动试验。遇到这种情况,只能从槽液管理上入手进行改进,使镀镍层具有更好的抗蚀性能。

6 化学镀镍/金与其它表面镍金工艺

化学镀镍/金除了通常所指之化学镀薄金外,应打金线等需求,又派生出化学厚金工艺;出于耐磨导电等性能要求,也派生出化学镀镍金后的电镀厚金工艺;针对HDI板BGA位拉力要求,也派生出选择性沉金工艺。

6.1 化学厚金工艺

1) 工艺流程

除油®水洗®微蚀®水洗®预浸®活化®水洗®沉镍®水洗®化学薄金®回收®水洗 ®化学厚金®回收®水洗®干板

2) 化学厚金之特点

化学厚金是指在还原条件下,金离子被还原为金单质(还原剂同化学镀薄金),均匀沉积在化学薄金上面,在自催化作用下,达到所需要的厚度。

一般情况下,印制板化学厚金的金厚控制在20μin左右。某些情况下,也有超过30μin金厚的。

3)工艺控制

化学厚金最重要的是成本问题,所以,反应速度的控制尤为重要。络合剂、还原剂、稳定剂以及温度,是影响反应速度的重要因素。

6.2 沉金金手指电镀工艺

1)工艺流程

阻焊膜®沉镍金®干板®包胶纸®电镀金®去胶纸

其中,电镀金为如下工艺流程:

酸洗®水洗®刷磨®水洗®活化®水洗®镀金®回收®水洗®干板

2)沉金金手指电镀的特点

沉金金手指这种类型的板,在制作过程中,先将整板的露铜部分,包括金手指部分进行化学镀镍金。然后,单独将金手指按客户要求之厚度进行电镀金。

这种工艺流程简单,性能可靠,既能满足客户元件粘贴要求,又能满足插接性能。

3)工艺控制

包蓝胶纸时,一定要防止药水渗漏,避免金药水污染。此外,电镀厚金前,一定要将被镀表面磨刷干净,否则会引起分层。刷磨时,不可吝啬沉金层的浪费,刷磨效果越好,电镀金层的结合力越牢固。

6.3 选择性沉金工艺

1)工艺流程

阻焊膜®干菲林®曝光®显影®干板®沉镍金®褪菲林®干板®有机保焊涂敷

2)选择性沉金的特点

选择性沉金既具有元件粘贴平整的特点,又具有良好的装配焊接性能。同时,针对HDI板BGA位等小型Pad位采用有机保焊涂覆(如Cu106),避免因Pad位太小而造成镍金拉力不足的缺点。而且,选择性沉金的成本低于整板沉金,是一种很有发展潜力的工艺。

3)工艺控制

干菲林是专用于沉镍金的类型,它不但应具有耐高温药液能力,且须具备良好的掩孔能力。由于沉镍金疏孔的局限性,其表面对微蚀药水非常敏感,极易造成镍层腐蚀。所以,在有机保焊涂覆制程中,微蚀率应在保证铜面清洁的前提下,控制的越低越好。能够采用贴红胶纸的制板,最好能象喷锡板那样,贴红胶纸加以保护。

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