鍍金培訓(xùn)教材階段課件.pptVIP

鍍鎳金培訓(xùn)教材 目錄 一 制程目的二 概述三 鍍鎳金工藝體系的介紹四 工藝流程及工藝原理簡介五 溶液配方及工藝規(guī)范六 制程控制七 鍍鎳金設(shè)備簡介八 常見的缺陷問題及解決方案九 總結(jié) 一 制程目的 金因具有優(yōu)越的導(dǎo)電性及抗氧化性 因此PCB制作中需要鍍金制程 但因為金的成本較高 所以只用于金手指 局部鍍或化學(xué)金 如bondingpad等 金手指 GoldFinger 或稱EdgeConnector 設(shè)計的目的 在于藉由connector連接器的插接作為板對外聯(lián)絡(luò)的出口 整板鍍金在考慮其成本及可焊性要求下 逐漸被化學(xué)金所取代 金手指擦入連接器的示意圖 二 概述 PCB上用鍍鎳來作為貴金屬和賤金屬的襯底鍍層 對某些單面印制板 也常用作面層 對于重負(fù)荷磨損的一些表面 如開關(guān)觸點 觸片或插頭金 用鎳來作為金的襯底鍍層 可大大提高耐磨性 當(dāng)用來作為阻擋層時 鎳能有效地防止銅和其它金屬之間的擴(kuò)散 啞鎳 金組合鍍層常常用來作為抗蝕刻的金屬鍍層 而且能適應(yīng)熱壓焊與釬焊的要求 唯獨只有鎳能夠作為含氨類蝕刻劑的抗蝕鍍層 而不需熱壓焊又要求鍍層光亮的PCB 通常采用光鎳 金鍍層 PCB上的金鍍層有幾種作用 金作為金屬抗蝕層 它能耐受所有一般的蝕刻液 它的導(dǎo)電率很高 其電阻率為2 44微歐 厘米 由于它的負(fù)的氧化電位 使得它是一種抗銹蝕的理想金屬和接觸電阻低的理想的接觸表面金屬 近年來鍍金工藝得到不斷發(fā)展 它們大多是專利性的 PCB鍍金以弱酸性檸檬酸系列的微氰鍍液為宜 中性鍍液由于其耐污染能力差 而堿性氰化物鍍金其對電鍍抗蝕劑的破壞作用而不適用 三 鍍鎳 金工藝體系介紹 鎳的電鍍層可以從低氯化物硫酸鹽 氨基磺酸鹽 氟硼酸鹽等電鍍?nèi)芤后w系獲得 印制板鍍層必須具備內(nèi)應(yīng)力小 外觀細(xì)致光滑 與銅基體有良好的結(jié)合力等特點 能同時滿足上述要求的鍍液一般是低氯化物的硫酸鹽和氨基磺酸鹽體系 氨基磺酸鹽特點是內(nèi)應(yīng)力低 沉積速度快 但成本也較高 鍍鎳 鍍層性能比較 金的電鍍層可以從堿性氰化物 亞硫酸鹽鍍液 檸檬酸鹽微氰鍍液等體系中獲得 堿性氰化物鍍金雖然鍍液性能最穩(wěn)定 易操作 好維護(hù) 鍍層硬度也較高 但含有高劇毒的物品 氰化鉀 因而對環(huán)境保護(hù)和人員的身體健康都不利 同時 堿性氰化物對環(huán)氧基材有一定的侵蝕作用 因而在印制電路中很少使用 鍍金 檸檬酸鹽微氰鍍液既具有氰化物鍍金溶液穩(wěn)定 易操作 好維護(hù)的特點 又具有較低毒性 能造成人體血紅蛋白的變異 鍍層綜合性能優(yōu)異等特點 因此 是目前電鍍金的主力工藝 我司使用的鎳金工藝是氨基磺酸鹽系列 檸檬酸微氰鍍金系列 四 工藝流程及工藝原理 壓板 鉆孔 圖形轉(zhuǎn)移 化學(xué)沉銅 鍍鎳金在PCB工藝流程中的位置 以多層板為例 綠油 白字 全板鍍金 圖形電鍍銅 內(nèi)層圖形制作 褪膜 蝕刻 鍍金手指 鑼板 電測 包裝 出貨 鍍鎳金工藝流程如下 全板鍍金 入板 金回收 除油 雙水洗 微蝕 雙水洗 酸浸 鍍銅 水洗 活化 鍍鎳 活化 鍍金 水洗 水洗 下板 鍍金手指工藝流程如下 入板 微蝕 水洗 磨板 水洗 鎳活化 DI水洗 鍍鎳 自來水洗 活化 DI水洗 鍍金 水洗 金回收 下板 以本公司為例 一 微蝕 NPS系列微蝕藥水 1 微蝕藥劑組成 過硫酸鈉Na2S2O8硫酸H2SO4作用 去除表面氧化 粗化銅面 使銅形成一表現(xiàn)粗糙度 增加銅面與鎳面之間的結(jié)合力 反應(yīng)原理 Cu Na2S2O8 CuSO4 Na2SO4 2 操作條件 Na2S2O8 50 70g lH2SO4 1 3 V V Cu2 5 25g l溫度 30 2 時間 垂直式1min槽材質(zhì) PVC或PP加熱器 石英或鐵弗龍加熱器 由于Cu2 對微蝕速率影響較大 通常須將Cu2 的濃度控制在5 25g l 以保證微蝕速率處于20 40 之間 生產(chǎn)過程中 換缸時往往保留1 5 1 3缸母液 舊液 以保持一定的Cu2 濃度 3 銅離子控制 二 活化1 活化劑 MP 49 作用 使銅面吸附活性劑 防止銅面鍍鎳后鈍化 保持銅原有的活性 增加銅層與鎳層的結(jié)合力 2 操作條件 MP 49 30 40g l溫度 55 5 槽材質(zhì) PVC或PP溫控 鐵弗龍包覆加熱器或冷卻盤管過濾 5 mPP濾芯連續(xù)過濾 三 鍍鎳1 藥液組成 氨基磺酸鎳Ni SO3NH2 2氯化鎳NiCl2 6H2O硼酸H3BO3光澤劑ACR3010Brighter作用 作為金層與銅層之間的屏障 防止銅Migration 作為鍍金的基底層 大幅度提高金的耐磨性 且對銅基體提供電化起保護(hù)作用 反應(yīng)原理 陽極反應(yīng) Ni 2e Ni2 陰極反應(yīng) Ni2 2e Ni2H 2e H2 2 操作條件氨基磺酸鎳Ni SO3NH2 2100 150g l氯化鎳NiCl2 6H2O5 25g l硼酸H3BO330 45g l ACR3010 30 45ml lPH 3 8 4 4溫度 55 5 電流密度 全板鍍金8 25ASF 金手指50 100ASF槽體材質(zhì) PP材質(zhì)循環(huán)過濾系統(tǒng) 3 5times hour 優(yōu)先考慮布袋式過濾 棉芯過濾需監(jiān)控流量 發(fā)現(xiàn)堵塞及時更換 溫控 鐵弗龍或石英加熱器或冷卻盤管 3 鍍液維護(hù)規(guī)則 嚴(yán)格控制溶液的PH值 使其始終處于工藝控制范圍之內(nèi) 正確使用堿式碳酸鎳和氨基璜酸鎳調(diào)整PH值 定期作赫爾槽和鍍層內(nèi)應(yīng)力實驗 以便準(zhǔn)確的控制鍍層質(zhì)量和外觀 定期作小電流電解處理消除有害元素對鍍層的影響 定期對鍍液作活性碳處理 防止有機(jī)污染對鍍層質(zhì)量的影響 四 鍍金1 鍍液成份A 金鹽即氰化金鉀KAu CN 2 其含量為68 3 其控制濃度一般為3 5g lB 添加劑添加劑包含氯化銨 檸檬酸銨及適量穩(wěn)定劑 常用EDTA絡(luò)合Ni2 以穩(wěn)定生成物對反應(yīng)速度的影響 作用 防止鎳層氧化 增加其導(dǎo)電性及耐磨性 反應(yīng)原理 陽極 2H2O 4e O2 4H 陰極 Au e Au Au 3 0 6g lPH 3 8 4 8S G 1 06 1 12Ni2 500PPM溫度 55 5 PH 4 5 0 5加熱 石英或鐵弗龍加熱器攪拌 過濾機(jī)循環(huán)攪拌 使用1 m的PP濾芯 不可使用空氣攪拌 槽材質(zhì) PP 2 操作條件 3 鍍液維護(hù)鍍金槽應(yīng)配有安分計計算安分時和連續(xù)過濾機(jī) 根據(jù)安分計提供的數(shù)據(jù)并考慮到鍍液攜帶的損失 及時補加金鹽 經(jīng)常檢查鍍液的PH值和鍍液的比重 有機(jī)污染應(yīng)盡量避免 工件進(jìn)槽前應(yīng)清洗徹底 盡量避免將鍍鎳液帶入金缸 五 溶液配方與工藝規(guī)范 一 鍍鎳 1 溶液的配方為了保證鍍液的質(zhì)量穩(wěn)定 配制鍍鎳溶液必須使用化學(xué)純等級以上的試劑產(chǎn)品 特別要控制溶液中Cu Zn Pb的含量 使其控制在0 005 以下 同時 要絕對避免使用有硝酸根的鎳鹽 開缸鍍液必須使用電阻率 500K CM的去離子水 相當(dāng)于玻璃蒸餾器中的一次蒸餾水 2 各組份作用與工藝規(guī)范1 氨基磺酸鎳氨基磺酸鎳是提供Ni2 的主鹽 濃度可在100 150g l內(nèi)調(diào)整 濃度較低時 鍍液分散能力好 鍍層結(jié)晶細(xì)致 但沉積速率較慢 允許的陰極電流 Dk 上限值較小 濃度較高時 允許Dk較高 沉積速率較快 2 NiCl2 6H2ONiCl2 6H2O是陽極活化劑 Cl 不僅能活化陽極 還會增加鍍液的導(dǎo)電性 使鍍液分散能力提高 鍍層結(jié)晶細(xì)致 過高的Cl 易使陽極過腐蝕 產(chǎn)生大量的陽極泥 并造成鍍層毛刺 還會增大鍍層的內(nèi)應(yīng)力 Cl 濃度對鍍膜內(nèi)應(yīng)力影響如下圖示 鎳層的內(nèi)應(yīng)力隨Cl 的變化曲線圖 3 H3BO3H3BO3是鍍鎳的緩沖劑 在氨基磺酸鎳及NiSO4鍍液中 用量一般為30 45g l 低于20g l 緩沖作用不明顯 當(dāng)濃度 31g l時 才有顯著作用 濃度太高時 易在鈦籃袋結(jié)晶析出 影響Ni的電化學(xué)沉積 同時 降低陰極電流效率 在水溶液中 H3BO3產(chǎn)生如下平衡 H3BO3H H3BO3 當(dāng)溶液PH 時 H3BO3離解出H 以穩(wěn)定PH值 4 PH控制溶液的PH值對鎳的電沉積過程及所得鍍層性質(zhì)有很大影響 PH一般在3 8 4 4之間 PH值偏高 鍍液分散能力較好 較高的陰極電流效率和沉積速率 但PH過高 有出現(xiàn)堿試鎳鹽的傾向 并有利于H2氣泡的滯留 導(dǎo)致鍍層結(jié)晶粗糙 且PH控制對鍍層應(yīng)力 延伸率都有很大的影響 鍍層的延伸率隨PH的變化曲線圖 鍍層的應(yīng)力隨PH的變化曲線圖 5 溫度提高溫度 也即提高了鍍液中離子的遷移速度 改善了溶液的電導(dǎo) 提高了溶液的分散能力與深鍍能力 但過高的溫度會加劇鎳鹽生成氫氧化物沉淀的傾向 從而使鍍液的分散能力下降 且操作溫度對鍍層內(nèi)應(yīng)力影響較大 溫度對鍍層內(nèi)應(yīng)力影響如下圖 鍍膜內(nèi)應(yīng)力隨溫度的變化而變化 6 添加劑添加劑的主要成份是應(yīng)力消除劑 應(yīng)力消除劑的加入 改善了鍍液的陰極極化 降低了鍍層的內(nèi)應(yīng)力 隨著應(yīng)力消除劑濃度的變化 可以使鍍層內(nèi)應(yīng)力由張應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力 常用的添加劑有 萘磺酸 對甲苯磺酰胺 糖精等 與沒有去應(yīng)力劑的鎳鍍層相比 鍍液中加入去應(yīng)力劑將會獲得均勻細(xì)致并具有半光亮的鍍層 通常去應(yīng)力劑是按安培一小時來添加的 現(xiàn)通用組合專用添加劑包括防針孔劑等 雖然鍍鎳時的陰極電流效率很高 但在實際生產(chǎn)中仍會有少量的H 參與放電 在陰極上以氫氣泡的形式析出吸附在陰極表面 特別是當(dāng)有機(jī)雜質(zhì)吸附在陰極表面時 溶液與陰極表面張力增大 氫氣泡更容易滯留在陰極表面而造成針孔 為了減少或防止針孔的產(chǎn)生 應(yīng)當(dāng)向鍍液中加入少量的表示活性劑 表示活性劑作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面 降低溶液的表面張力 改善溶液對電極的潤濕作用 使鍍膜晶粒細(xì)化及改變晶料取向 改變鍍膜應(yīng)力 延展性等機(jī)械性能 防止鍍層產(chǎn)生針孔和凹洞 2020 1 29 48 可編輯 我司金手指拉使用的是十二烷基硫酸鈉作為防針孔劑 其結(jié)構(gòu)如下 CH2CH2 CH2S Na CH2 O O O O 鍍鎳時因溶液的表面張力大 陰極析出的H2難以離去 因而易產(chǎn)生針孔及凹洞 加入防針孔劑后 溶液表面張力可降至3 3 5 10 5N cm 鍍液中的H2易脫離 實際生產(chǎn)中 也可以用H2O2作為防針孔劑 用量為3 的過氧化氫水溶液1 3ml l 十二烷基硫酸鈉與H2O2優(yōu)缺點分析 7 陽極對于鍍Ni工藝來說 陰極溶解除取決于陽極材料成份和制作方法外 還取決于溶液的PH Cl 及DK 實際生產(chǎn)表明 采用純度很高的電解鎳板作陽極 電鍍時很容易鈍化 而且在含CL的鍍液中約有0 05 的鎳陽極成為疏松的鎳渣落入溶液中 這不但降低了鎳陽極的利用率 而且很容易使鍍層產(chǎn)生毛刺 國內(nèi)外活性鎳陽極技術(shù)條件 我司所用的陽極是鈦籃裝含S的鎳角 它的特點是溶解性能好 不產(chǎn)生陽極泥 特別是所含的S 在陽極溶解的同時 可把鍍液中的銅雜質(zhì)除去 反應(yīng)方程式為 Cu2 S2 CuS 8 電流密度 鍍鎳時的極限電流密度DK的大小 與溶液的溫度 濃度 PH值 攪拌程度有關(guān) 一般來說 隨著溫度 濃度的升高 攪拌程度的加劇 PH的降低 鍍液可采用的陰極電流密度 DK 的上限值也升高 在允許的電流密度范圍內(nèi) 電流密越高 電流效率也越高 因此 在可能的條件下 應(yīng)盡可能采用較高的電流密度 電流密度的確定方法 客戶所要求的最小金 鎳厚設(shè)計板的圖形分布陰極電流效率及目前藥水狀態(tài) 電流的計算方法 I 1 144 S 板的塊數(shù) 電流密度 ASF S 電鍍面積 IN2 I 電流 A 3 不合格鍍層的褪除 作為印制板鎳鍍層的褪鍍液必須具備以下特性 對環(huán)氧基材和銅箔無腐蝕性對絕緣保護(hù)膠帶或抗蝕干膜無浸蝕溶解作用可在室溫下操作 以免絕緣保護(hù)膠帶或抗蝕干膜脫落 印制板鎳鍍層的褪鍍液可以選用下述配方 氟化氫氨NH4HF2200 250g l檸檬酸C6H8O7 H2O30g l過氧化氫H2O227 5 100 200ml l室溫 褪盡為止 二 鍍金 鍍鎳后的板經(jīng)過活化后 即至下一制程 鍍金 板面鍍金 板面鍍金是24K純金層 以低應(yīng)力鎳和光亮鎳為底層 鎳鍍層作為中間層起著金 銅層之間的擋作用 它可以阻止金銅間的相互擴(kuò)散 板面鍍金層即是堿性蝕刻的保護(hù)層 也是按鍵式印制板的最終鍍層 插頭鍍金 插頭鍍金也稱鍍硬金 俗稱 金手指 它是含有Co Ni Fe Sb等合金元素的和金鍍層 合金元素含量 0 2 硬金鍍層的技術(shù)指標(biāo) 1 溶液的配制配制鍍金所用的去離子水 必須符合下列指標(biāo) 電阻率 25 106 可溶性固體 TDS 7mg lSO2 1mg lCl 5mg lPH 5 5 8 5 相當(dāng)于玻璃蒸餾器中的2次蒸餾水 2 各組份作用與工藝規(guī)范1 氰化亞金鉀氰化亞金鉀是鍍液中的主鹽 其含量不足時 鍍液陰極電流密度范圍狹窄 鍍層發(fā)暗 沉積速率低 鍍層孔隙率高 鍍層易發(fā)花 結(jié)晶粗糙 當(dāng)其過量時 鍍層易發(fā)花 結(jié)晶粗糙 顏色偏紅 2 檸檬酸鹽檸檬酸鹽在溶液中起到絡(luò)合和緩沖作用 并能使鍍層發(fā)亮 含量低時 溶液的導(dǎo)電性下降 溶液分散能力較差 含量過高時 陰極電流效率 K下降 并容易便鍍液老化 3 磷酸鹽磷酸鹽是一種緩沖劑 既能穩(wěn)定穩(wěn)定鍍液 又可提高鍍層的光澤度 4 鈷 鎳 銻鹽添加劑微量的鈷 鎳 銻鹽可明顯影響鍍層的電化學(xué)結(jié)晶過程 近而影響鍍層的硬度 因此 其用量必須得到嚴(yán)格的控制 5 溫度溫度對溶液得導(dǎo)電能力和分散能力影響不大 但對陰極電流密度DK的上限值和鍍層顏色有影響 溫度升高 可以提高陰極電流密度的上限值 從而提高鍍液的沉積速率 但溫度過高時 鍍層色澤不均勻 高 低電流密度區(qū)易變紅 中等電流密度區(qū)易發(fā)暗 且結(jié)晶粗糙 溫度過低 則鍍層不光亮 沉積速率也大幅度下降 6 陽極印制板插頭鍍金可以采用 Cr18NiTi 不銹鋼作陽極 也可以采用鈦鉑網(wǎng)作陽極 但無論使用何種陽極板 都應(yīng)盡量使陽極面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陰極面積 據(jù)悉 這樣有助于延長鍍液的老化期 7 電流密度酸金的陰極效率并不好 即使全新鍍液也只有30 40 而已 且因逐漸老化及污染而降低到15 左右 陰極上不可避免的有H2析出 陰極電流密度主要影響鍍層的色澤 當(dāng)電流密度過高時 鍍層疏松 發(fā)暗 硬度低 甚至還可能有其他雜質(zhì)金屬與金發(fā)生共沉積 從而使鍍層變脆 電流密度過低 沉積速度太慢 鍍層偏薄 3 不合格鍍層的褪除 不合格的金鍍層可以用含氰化物50 60g l的堿性褪金液褪除 這種褪金液褪除速度快且不傷害鎳基體 融金量可達(dá)25g l 操作溫度30 50 褪金后的鎳鍍層經(jīng)過活化后可繼續(xù)鍍金 4 金的回收 除了加工板的邊料廢板之外 帶出的金溶液是可設(shè)法回收的來源之一 一些廠商出售專門用于回收金的樹脂 把這些樹脂放在過濾箱中 緊靠電鍍金的不流動漂洗槽的漂洗水 由一臺泵通過過濾來加強(qiáng)循環(huán) 當(dāng)金達(dá)到飽和時 取出樹脂并進(jìn)一步再生回收 然后在過濾器中裝入新的樹脂 操作過程就可重復(fù)進(jìn)行 六 制程控制 1 加藥及換藥周期 2 生產(chǎn)前準(zhǔn)備驗證若遇下列情況時 需檢查前5塊板鎳金厚及表面狀況 做生產(chǎn)前準(zhǔn)備驗證2 1設(shè)備維修 大保養(yǎng)后2 2新設(shè)備開始生產(chǎn) 新酸液缸2 3缸液碳處理后2 4加藥后及轉(zhuǎn)換PR或制作新PR時2 5更改工藝參數(shù)后2 6機(jī)器停產(chǎn)超過24小時或以上 3 生產(chǎn)線的保養(yǎng) 生產(chǎn)線的保養(yǎng)應(yīng)做足日保養(yǎng)及月保養(yǎng) 保養(yǎng)事項包含但不局限于以下方面 檢查各缸噴嘴是否有被雜物堵塞 清洗各缸噴管 更換鎳 金缸之濾芯 補充鎳角 清洗濾網(wǎng) 檢查導(dǎo)電刷 膠刮 白金鈦網(wǎng)之損壞程度 添加潤滑油于自動入板及自動收板處 檢查運輸帶之壓力及更換損壞之部分 鎳缸每三個月做一次碳處理 附 鎳缸碳處理程序 1 清洗碳處理槽 將鍍鎳液泵至碳處理槽中 2 加熱至45 50C 按3ml l加入雙氧水 攪拌4小時 3 恒溫45 50C 按5g l加入活性碳 攪拌4 8小時 4 靜置4 8小時后 泵回電鍍缸