【正文】 印制電路板用化學鍍鎳金工藝探討(一) [摘要] 本文在簡單介紹印制板化學鍍鎳金工藝原理的基礎(chǔ)上，對化學鎳金之工藝流程、化學鎳金之工藝控制、化學鎳金之可焊性控制及工序常見問題分析進行了較為詳細的論述。[關(guān)鍵詞] 印制電路板，化學鎳金，工藝1 前言在一個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，對最終產(chǎn)品的裝配和使用起著至關(guān)重要的作用。綜觀當今國內(nèi)外，針對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） 熱風整平；（2） 有機可焊性保護劑；（3） 化學沉鎳浸金；（4） 化學鍍銀；（5） 化學浸錫；（6） 錫 / 鉛再流化處理；（7） 電鍍鎳金；（8） 化學沉鈀。其中，熱風整平是自阻焊膜于裸銅板上進行制作之制造工藝（SMOBC）采用以來，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。對一個裝配者來說，也許最重要的是容易進行元器件的集成。任何新印制電路板表面可焊性處理方式應當能擔當N次插拔之重任。除了集成容易之外，裝配者對待處理印制電路板的表面平坦性也非常敏感。與熱風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、壓焊的印制板上應用著。但它需要“工藝導線”達到互連，受高密度印制板SMT安裝限制。90年代，由于化學鍍鎳/金技術(shù)的突破，加上印制板要求導線微細化、小孔徑化等，而化學鍍鎳/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，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。銅面有機防氧化膜處理技術(shù)，是采用一種銅面有機保焊劑在印制板表面形成之涂層與表面金屬銅產(chǎn)生絡合反應，形成有機物金屬鍵，使銅面生成耐熱、可焊、抗氧化之保護層。目前，其在印制板表面涂層也占有一席之地，但此保護膜薄易劃傷，又不導電，且存在下道測試檢驗困難等缺點。目前，隨著環(huán)境保護意識的增強，印制板也朝著三無產(chǎn)品（無鉛、無溴、無氯）的方向邁進，今后采用化學浸錫表面涂覆技術(shù)的廠家會越來越多，因其具有優(yōu)良的多重焊接性、很高的表面平整度、較低的熱應力、簡易的制程、較好的操作安全性和較低的維護費。但其所形成之錫表面的耐低溫性（55℃）尚待進一步證實。隨著SMT技術(shù)之迅速發(fā)展，對印制板表面平整度的要求會越來越高，化學鍍鎳/金、銅面有機防氧化膜處理技術(shù)、化學浸錫技術(shù)的采用，今后所占比例將逐年提高。本文將著重介紹化學鍍鎳金技術(shù)。2 化學鍍鎳金工藝原理化學鍍鎳金最早應用于五金電鍍的表面處理，后來以次磷酸鈉（NaH2PO2）為還原劑的酸性鍍液，逐漸運用于印制板業(yè)界。我國港臺地區(qū)起步較早，而大陸則較晚，于1996年前后才開始化學鍍鎳金的批量生產(chǎn)。 化學鍍鎳金之催化原理作為化學鎳的沉積，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鎳沉積的催化晶種的特性，所以需通過置換反應，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+ 化學鍍鎳原理化學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)推動反應進行的催化劑，只要溶液中的各種因素得到控制和補充，便可得到任意厚度的鎳鍍層。完成反應不需外加電源。以次磷酸鈉為還原劑的酸性化學鍍鎳的反應比較復雜，以下列四個反應加以說明：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，化學反應產(chǎn)生鎳沉積的同時，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，不但對銅面進行有效保護，防止銅的遷移，而且具備一定的硬度和耐磨性能，同時擁有良好的平整度。 在鍍件浸金保護后，不但可以取代拔插不頻繁的金手指用途（如電腦內(nèi)存條），同時還可以避免金手指附近連接導電線處斜邊時所遺留之裸銅切口。 浸金原理鎳面上浸金是一種置換反應。當鎳浸入含Au（CN）2—的溶液中，立即受到溶液的浸蝕拋出2個電子，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 —~。其對鎳面具有良好的保護作用，而且具備很好的接觸導通性能。很多需按鍵接觸的電子器械（如手機、電子字典），都采用化學浸金來保護鎳面。另外需指出，化學鍍鎳/金鍍層的焊接性能是由鎳層來體現(xiàn)的，金只是為了保護鎳的可焊性能而提供的。作為可焊鍍層金的厚度不能太高，否則會產(chǎn)生脆性和焊點不牢的故障，但金層太薄防護性能變壞。 毛曉麗 (南京職業(yè)信息技術(shù)學院，南京,210013)印制電路板用化學鍍鎳金工藝探討(二) 3化學鍍鎳金工藝流程作為化學鍍鎳金流程，只要具備以下6個工作站就可滿足其生產(chǎn)要求：除油（3~7min）→ 微蝕（1~2min）→ 預浸（~）→ 活化（2~6min）→ 沉鎳（20~30min）→ 浸金（7~11min）安美特（Atotech）公司的化學鍍鎳金Aurotech工藝流程 Aurotech 是安美特公司開發(fā)的化學鍍鎳/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通孔）進行選擇性鍍覆的化學法。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 還特別用于超細線電路，通過邊緣和側(cè)壁的最佳覆蓋達到完全抗蝕保護，同熱風整平相比較，Aurotech 沒有特別高的溫度，印制板基材不會產(chǎn)生熱應力變形。此外，熱風整平對通孔拐角處的覆蓋較差，而化學鍍鎳/金卻很好。與有機可焊涂層相比較，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 工序名稱 藥品名稱配制濃度PH值溫度處理時間1酸性清潔劑CupraprosH2SO4（d=）100ml/L10ml/L135~40176。C4~6162。3級逆流水洗自來水3~4162。2微蝕Na2S2O8H2SO4（d=）100g/L20ml/L125~35176。C2~3162。3級逆流水洗自來水3~4162。3預浸H2SO4（d=）50ml/L122~32176。C3~5162。活化AurotechactivatorH2SO4（d=）200ml/L50ml/L123~25176。C1~2162。3級逆流水洗去離子水3~4162。4化學鍍鎳Aurotech CNN Mod配制液Aurotech CNN A 補充劑濃NH3水150ml/L60ml/L15~20ml/L~82~90176。C20~30162。化學鍍鎳備用槽3級逆流水洗去離子水3~4162。5化學浸金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級逆流水洗去離子水2~3162。熱水洗去離子水~1162。烘干4化學鍍鎳/金之工藝控制 除油槽一般情況下，印制板化學鍍鎳/金采用酸性除油劑來處理待加工印制板，其作用在于去除銅面之輕度油脂及氧化物，達到銅面清潔及增加潤濕效果的目的。它應當具備不傷阻焊膜、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渣，保持銅面新鮮及增加化學鍍鎳層的密著性。常用的微蝕液為酸性過硫酸鈉溶液，參見表1。預浸槽預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（無氧化物），進入活化槽?；罨刍罨淖饔?，是在銅面析出一層鈀，作為化學鍍鎳起始反應之催化晶核。如前所述，其形成過程為Pd與Cu的化學置換反應。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。化學鍍鎳槽化學鍍鎳是通過在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浸金槽1）金槽之Au絡合劑、PH值、SG、溫度、浸漬時間要控制好。 在一般情況下，浸金槽的浸漬時間設(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)溫度來控制金厚。 2）沉積速率與浸金厚度問題 以勵樂公司“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 由于化學浸金是一個置換式反應過程，隨著金不斷在鎳底基上沉積，其反應速