【正文】 印制電路板用化學(xué)鍍鎳金工藝探討(一) [摘要] 本文在簡(jiǎn)單介紹印制板化學(xué)鍍鎳金工藝原理的基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)鎳金之工藝流程、化學(xué)鎳金之工藝控制、化學(xué)鎳金之可焊性控制及工序常見問題分析進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。[關(guān)鍵詞] 印制電路板，化學(xué)鎳金，工藝1 前言在一個(gè)印制電路板的制造工藝流程中，產(chǎn)品最終之表面可焊性處理，對(duì)最終產(chǎn)品的裝配和使用起著至關(guān)重要的作用。綜觀當(dāng)今國(guó)內(nèi)外，針對(duì)印制電路板最終表面可焊性涂覆表面處理的方式，主要包括以下幾種：Electroless Nickel and Immersion Gold（1） 熱風(fēng)整平；（2） 有機(jī)可焊性保護(hù)劑；（3） 化學(xué)沉鎳浸金；（4） 化學(xué)鍍銀；（5） 化學(xué)浸錫；（6） 錫 / 鉛再流化處理；（7） 電鍍鎳金；（8） 化學(xué)沉鈀。其中，熱風(fēng)整平是自阻焊膜于裸銅板上進(jìn)行制作之制造工藝（SMOBC）采用以來(lái)，迄今為止使用最為廣泛的成品印制電路板最終表面可焊性涂覆處理方式。對(duì)一個(gè)裝配者來(lái)說(shuō)，也許最重要的是容易進(jìn)行元器件的集成。任何新印制電路板表面可焊性處理方式應(yīng)當(dāng)能擔(dān)當(dāng)N次插拔之重任。除了集成容易之外，裝配者對(duì)待處理印制電路板的表面平坦性也非常敏感。與熱風(fēng)整平制程所加工焊墊之較惡劣平坦度有關(guān)的漏印數(shù)量，是改變此種表面可焊性涂覆處理方式的原因之一。鍍鎳/金早在70年代就應(yīng)用在印制板上。電鍍鎳/金特別是閃鍍金、鍍厚金、插頭鍍耐磨的AuCo 、AuNi等合金至今仍一直在帶按鍵通訊設(shè)備、壓焊的印制板上應(yīng)用著。但它需要“工藝導(dǎo)線”達(dá)到互連，受高密度印制板SMT安裝限制。90年代，由于化學(xué)鍍鎳/金技術(shù)的突破，加上印制板要求導(dǎo)線微細(xì)化、小孔徑化等，而化學(xué)鍍鎳/金，它具有鍍層平坦、接觸電阻低、可焊性好，且有一定耐磨等優(yōu)點(diǎn)，特別適合打線（Wire Bonding）工藝的印制板，成為不可缺少的鍍層。但化學(xué)鍍鎳/金有工序多、返工困難、生產(chǎn)效率低、成本高、廢液難處理等缺點(diǎn)。銅面有機(jī)防氧化膜處理技術(shù)，是采用一種銅面有機(jī)保焊劑在印制板表面形成之涂層與表面金屬銅產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，形成有機(jī)物金屬鍵，使銅面生成耐熱、可焊、抗氧化之保護(hù)層。目前，其在印制板表面涂層也占有一席之地，但此保護(hù)膜薄易劃傷，又不導(dǎo)電，且存在下道測(cè)試檢驗(yàn)困難等缺點(diǎn)。目前，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，印制板也朝著三無(wú)產(chǎn)品（無(wú)鉛、無(wú)溴、無(wú)氯）的方向邁進(jìn)，今后采用化學(xué)浸錫表面涂覆技術(shù)的廠家會(huì)越來(lái)越多，因其具有優(yōu)良的多重焊接性、很高的表面平整度、較低的熱應(yīng)力、簡(jiǎn)易的制程、較好的操作安全性和較低的維護(hù)費(fèi)。但其所形成之錫表面的耐低溫性（55℃）尚待進(jìn)一步證實(shí)。隨著SMT技術(shù)之迅速發(fā)展，對(duì)印制板表面平整度的要求會(huì)越來(lái)越高，化學(xué)鍍鎳/金、銅面有機(jī)防氧化膜處理技術(shù)、化學(xué)浸錫技術(shù)的采用，今后所占比例將逐年提高。本文將著重介紹化學(xué)鍍鎳金技術(shù)。2 化學(xué)鍍鎳金工藝原理化學(xué)鍍鎳金最早應(yīng)用于五金電鍍的表面處理，后來(lái)以次磷酸鈉（NaH2PO2）為還原劑的酸性鍍液，逐漸運(yùn)用于印制板業(yè)界。我國(guó)港臺(tái)地區(qū)起步較早，而大陸則較晚，于1996年前后才開始化學(xué)鍍鎳金的批量生產(chǎn)。 化學(xué)鍍鎳金之催化原理作為化學(xué)鎳的沉積，必須在催化狀態(tài)下，才能發(fā)生選擇性沉積。銅原子由于不具備化學(xué)鎳沉積的催化晶種的特性，所以需通過置換反應(yīng)，使銅面沉積所需要的催化晶種。 （1）鈀活化劑Pd2+ + Cu → Pd + Cu2+ （2）釕活化劑Ru2+ + Cu → Ru + Cu2+ 化學(xué)鍍鎳原理化學(xué)鍍鎳是借助次磷酸鈉（NaH2PO2）在高溫下（85~100℃），使Ni2+ 在催化表面還原為金屬，這種新生的Ni 成了繼續(xù)推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)行的催化劑，只要溶液中的各種因素得到控制和補(bǔ)充，便可得到任意厚度的鎳鍍層。完成反應(yīng)不需外加電源。以次磷酸鈉為還原劑的酸性化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)比較復(fù)雜，以下列四個(gè)反應(yīng)加以說(shuō)明：H2PO2— + H2O → H + + HPO32— + 2 H Ni2+ + 2 H → Ni + 2 H +H2PO2— + H → H2O + OH— + PH2PO2— + H2O → H + + HPO32— + H2由上可見，在催化條件下，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生鎳沉積的同時(shí)，不但伴隨著磷（P）的析出，而且產(chǎn)生氫氣（H2）的逸出。另外，化學(xué)鍍鎳層的厚度一般控制在4~5μm，其作用同金手指電鍍鎳一樣，不但對(duì)銅面進(jìn)行有效保護(hù)，防止銅的遷移，而且具備一定的硬度和耐磨性能，同時(shí)擁有良好的平整度。 在鍍件浸金保護(hù)后，不但可以取代拔插不頻繁的金手指用途（如電腦內(nèi)存條），同時(shí)還可以避免金手指附近連接導(dǎo)電線處斜邊時(shí)所遺留之裸銅切口。 浸金原理鎳面上浸金是一種置換反應(yīng)。當(dāng)鎳浸入含Au（CN）2—的溶液中，立即受到溶液的浸蝕拋出2個(gè)電子，并立即被Au（CN）2—所捕獲而迅速在鎳上析出Au：2 Au（CN）2— + Ni → 2 Au + Ni2+ + 4 CN —~。其對(duì)鎳面具有良好的保護(hù)作用，而且具備很好的接觸導(dǎo)通性能。很多需按鍵接觸的電子器械（如手機(jī)、電子字典），都采用化學(xué)浸金來(lái)保護(hù)鎳面。另外需指出，化學(xué)鍍鎳/金鍍層的焊接性能是由鎳層來(lái)體現(xiàn)的，金只是為了保護(hù)鎳的可焊性能而提供的。作為可焊鍍層金的厚度不能太高，否則會(huì)產(chǎn)生脆性和焊點(diǎn)不牢的故障，但金層太薄防護(hù)性能變壞。 毛曉麗 (南京職業(yè)信息技術(shù)學(xué)院，南京,210013)印制電路板用化學(xué)鍍鎳金工藝探討(二) 3化學(xué)鍍鎳金工藝流程作為化學(xué)鍍鎳金流程，只要具備以下6個(gè)工作站就可滿足其生產(chǎn)要求：除油（3~7min）→ 微蝕（1~2min）→ 預(yù)浸（~）→ 活化（2~6min）→ 沉鎳（20~30min）→ 浸金（7~11min）安美特（Atotech）公司的化學(xué)鍍鎳金Aurotech工藝流程 Aurotech 是安美特公司開發(fā)的化學(xué)鍍鎳/金制程的商品名稱。適用于制作阻焊膜之后的印制電路板的裸銅區(qū)域（一般是焊腳或連接盤的導(dǎo)通孔）進(jìn)行選擇性鍍覆的化學(xué)法。Aurotech 工藝能在裸露的銅表面和金屬化孔內(nèi)沉積均勻的化學(xué)鎳/金鍍層，即使是高厚徑比的小孔也如此。Aurotech 還特別用于超細(xì)線電路，通過邊緣和側(cè)壁的最佳覆蓋達(dá)到完全抗蝕保護(hù)，同熱風(fēng)整平相比較，Aurotech 沒有特別高的溫度，印制板基材不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力變形。此外，熱風(fēng)整平對(duì)通孔拐角處的覆蓋較差，而化學(xué)鍍鎳/金卻很好。與有機(jī)可焊涂層相比較，除了熔焊性能之外，Aurotech 鍍層還具有好的搭接焊、接觸導(dǎo)通和散熱功能。Aurotech 的工藝流程及操作參數(shù)見表1。表1 Aurotech 之工藝流程及操作參數(shù) 工序號(hào) 工序名稱 藥品名稱配制濃度PH值溫度處理時(shí)間1酸性清潔劑CupraprosH2SO4（d=）100ml/L10ml/L135~40176。C4~6162。3級(jí)逆流水洗自來(lái)水3~4162。2微蝕Na2S2O8H2SO4（d=）100g/L20ml/L125~35176。C2~3162。3級(jí)逆流水洗自來(lái)水3~4162。3預(yù)浸H2SO4（d=）50ml/L122~32176。C3~5162?；罨疉urotechactivatorH2SO4（d=）200ml/L50ml/L123~25176。C1~2162。3級(jí)逆流水洗去離子水3~4162。4化學(xué)鍍鎳Aurotech CNN Mod配制液Aurotech CNN A 補(bǔ)充劑濃NH3水150ml/L60ml/L15~20ml/L~82~90176。C20~30162?；瘜W(xué)鍍鎳備用槽3級(jí)逆流水洗去離子水3~4162。5化學(xué)浸金Aurotech SF配制液Aurotech 起始液K[Au（CN）2]（%）238ml/L2ml/L3g/L~72~80176。C10~15162?；厥杖ルx子水1~2162。2級(jí)逆流水洗去離子水2~3162。熱水洗去離子水~1162。烘干4化學(xué)鍍鎳/金之工藝控制 除油槽一般情況下，印制板化學(xué)鍍鎳/金采用酸性除油劑來(lái)處理待加工印制板，其作用在于去除銅面之輕度油脂及氧化物，達(dá)到銅面清潔及增加潤(rùn)濕效果的目的。它應(yīng)當(dāng)具備不傷阻焊膜、低泡型及易水洗的特性。 微蝕槽微蝕的目的，在于清潔銅表面之氧化及前工序遺留殘?jiān)３帚~面新鮮及增加化學(xué)鍍鎳層的密著性。常用的微蝕液為酸性過硫酸鈉溶液，參見表1。預(yù)浸槽預(yù)浸槽在制程中沒有特別的作用，只是維持活化槽的酸度以及使銅面在新鮮狀態(tài)下（無(wú)氧化物），進(jìn)入活化槽?；罨刍罨淖饔茫窃阢~面析出一層鈀，作為化學(xué)鍍鎳起始反應(yīng)之催化晶核。如前所述，其形成過程為Pd與Cu的化學(xué)置換反應(yīng)。工藝控制需關(guān)心的問題有：鈀槽穩(wěn)定性問題、活化槽硝槽處理問題、增加后浸處理問題和活化后水洗問題?；瘜W(xué)鍍鎳槽化學(xué)鍍鎳是通過在Pd的催化作用下，NaH2PO2水解生成原子態(tài)H，同時(shí)H原子在Pd催化條件下，將Ni2+還原為單質(zhì)Ni而沉積在裸銅面上的過程。工藝控制需關(guān)心的問題有：磷含量問題、溶液PH值控制問題、鎳槽壽命控制問題、溶液活性與穩(wěn)定劑關(guān)系問題、溶液負(fù)載量（Loading factor）問題、鍍鎳槽的配制問題、程式選擇問題和槽內(nèi)壁鎳層之去除問題?；瘜W(xué)浸金槽1）金槽之Au絡(luò)合劑、PH值、SG、溫度、浸漬時(shí)間要控制好。 在一般情況下，浸金槽的浸漬時(shí)間設(shè)定在7~11分鐘，操作溫度控制在80~90℃，可以根據(jù)客戶的要求，通過調(diào)節(jié)溫度來(lái)控制金厚。 2）沉積速率與浸金厚度問題 以勵(lì)樂公司“RONMERSE SMT 藥水”為例，，此金層能防止鎳底不被氧化。 3）使用壽命問題 由于化學(xué)浸金是一個(gè)置換式反應(yīng)過程，隨著金不斷在鎳底基上沉積，其反應(yīng)速