鍍金培訓(xùn)教材階段

1、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(jiǎn)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(jiǎn)介 八、常見(jiàn)的缺陷問(wèn)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?yàn)榻鸬某杀据^高，所以只用于金手指，局部鍍或化學(xué)金。如bonding pad等。金手指(Gold Finger，或稱Edge Connector)設(shè)計(jì)的目的，在于藉由connector連接器的插接作為板對(duì)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,P

2、C B上用鍍鎳來(lái)作為貴金屬和賤金屬的襯底鍍層，對(duì)某些單面印制板，也常用作面層。對(duì)于重負(fù)荷磨損的一些表面，如開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、觸片或插頭金，用鎳來(lái)作為金的襯底鍍層，可大大提高耐磨性。當(dāng)用來(lái)作為阻擋層時(shí)，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(lái)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(dú)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

3、低的理想的 接觸表面金屬。,近年來(lái)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(duì)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(diǎn)。能同時(shí)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(diǎn)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

4、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(duì)環(huán)境保護(hù)和人員的身體健康都不利。同時(shí)，堿性氰化物對(duì)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(diǎn)，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(diǎn)，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

5、,鑼板、電測(cè)、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(lái)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(guò)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+Na2S2O8CuSO4+Na2SO4,2.操作條件： Na2S2O8： 5070g/l

6、 H2SO4： 13%（V/V） Cu2+ ： 525g/l 溫度： 30 2 時(shí)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(duì)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(guò)程中,換缸時(shí)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: 3040g/l 溫度:555 槽材質(zhì):PVC或PP 溫控：鐵

7、弗龍包覆加熱器或冷卻盤管 過(guò)濾：5mPP濾芯連續(xù)過(guò)濾,(三). 鍍鎳 1.藥液組成: 氨基磺酸鎳Ni(SO3NH2)2 氯化鎳NiCl26H2O 硼酸H3BO3 光澤劑ACR3010 Brighter 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(duì)銅基體提供電化起保護(hù)作用。,反應(yīng)原理： 陽(yáng)極反應(yīng)：Ni-2e Ni2+ 陰極反應(yīng)： Ni2+ +2e Ni 2H+ +2e H2,2.操作條件 氨基磺酸鎳Ni(SO3NH2)2 100-150g/l 氯化鎳NiCl26H2O 5-25g/l 硼酸H3BO3 30-45g/l,ACR3010:

8、 30-45ml/l PH: 3.8-4.4 溫度: 555 電流密度： 全板鍍金825ASF，金手指50100ASF 槽體材質(zhì): PP材質(zhì) 循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng):3-5times/hour,優(yōu)先考慮布袋式過(guò)濾， 棉芯過(guò)濾需監(jiān)控流量（發(fā)現(xiàn)堵塞及時(shí)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(shí)驗(yàn)，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(duì)鍍層的影響。 定期對(duì)鍍液作活性碳處理，防止有機(jī)污染對(duì)鍍層質(zhì)量的影響。,（四）. 鍍金 1、鍍液成份

9、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35 g/l B、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(duì)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(yáng)極：2H2O - 4e O2 +4H + 陰極：Au+ + e Au,Au： 3.06g/l PH： 3.84.8 S.G： 1.061.12 Ni 2+： 500PPM 溫度：555 PH：4.5 0. 5 加熱:石英或鐵弗龍加熱器 攪拌:過(guò)濾機(jī)循環(huán)攪拌,使用1m的PP濾芯,不可使用空 氣攪拌. 槽材質(zhì):PP,(2.)操作條件,(3.)

10、鍍液維護(hù) 鍍金槽應(yīng)配有安分計(jì)計(jì)算安分時(shí)和連續(xù)過(guò)濾機(jī)。根據(jù)安 分計(jì)提供的數(shù)據(jù)并考慮到鍍液攜帶的損失,及時(shí)補(bǔ)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(jí)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(shí)，要絕對(duì)避免使用有硝酸根的鎳鹽。 開(kāi)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Ni

11、2+的主鹽，濃度可在100150g/l內(nèi)調(diào)整，濃度較低時(shí)，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(shí)，允許Dk較高，沉積速率較快。,2) NiCl26H2O NiCl26H2O是陽(yáng)極活化劑，Cl-不僅能活化陽(yáng)極，還會(huì)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(guò)高的Cl-易使陽(yáng)極過(guò)腐蝕，產(chǎn)生大量的陽(yáng)極泥，并造成鍍層毛刺，還會(huì)增大鍍層的內(nèi)應(yīng)力。 Cl-濃度對(duì)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) H3BO3 H3BO3是鍍鎳的緩沖劑，在氨基磺酸鎳及NiSO4鍍液中，用量一般為3045g/l，低于20g/l ，緩沖作

12、用不明顯，當(dāng)濃度31g/l時(shí)，才有顯著作用，濃度太高時(shí)，易在鈦籃袋結(jié)晶析出，影響Ni的電化學(xué)沉積，同時(shí)，降低陰極電流效率。 在水溶液中， H3BO3產(chǎn)生如下平衡： H3BO3 H+ H3BO3- 當(dāng)溶液PH時(shí)， H3BO3離解出H+，以穩(wěn)定PH值。,4) PH控制 溶液的PH值對(duì)鎳的電沉積過(guò)程及所得鍍層性質(zhì)有很大影響，PH一般在3.84.4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(guò)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(duì)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

13、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(guò)高的溫度會(huì)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(duì)鍍層內(nèi)應(yīng)力影響較大.溫度對(duì)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(duì)甲苯磺酰胺、糖精等。與沒(méi)有去應(yīng)力劑的鎳鍍層相比，鍍液中加入去應(yīng)力劑將會(huì)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(shí)來(lái)添加的（現(xiàn)通用組

14、合專用添加劑包括防針孔劑等）。,雖然鍍鎳時(shí)的陰極電流效率很高，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍會(huì)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(shí)，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(gè)方面： 降低溶液的表面張力。 改善溶液對(duì)電極的潤(rùn)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。,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：,CH2 CH2CH2 S Na+,CH2,O,O,

15、O,O,鍍鎳時(shí)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33.510-5N/cm，鍍液中的H2易脫離。實(shí)際生產(chǎn)中，也可以用H2O2作為防針孔劑，用量為3%的過(guò)氧化氫水溶液13ml/l。,十二烷基硫酸鈉與H2O2優(yōu)缺點(diǎn)分析：,7) 陽(yáng)極 對(duì)于鍍Ni工藝來(lái)說(shuō)，陰極溶解除取決于陽(yáng)極材料成份和制作方法外，還取決于溶液的PH、Cl-、及DK。實(shí)際生產(chǎn)表明：采用純度很高的電解鎳板作陽(yáng)極，電鍍時(shí)很容易鈍化，而且在含CL的鍍液中約有0.05%的鎳陽(yáng)極成為疏松的鎳渣落入溶液中，這不但降低了鎳陽(yáng)極的利用率，而且很容易使鍍層產(chǎn)生毛刺。,國(guó)內(nèi)外活性鎳陽(yáng)極技術(shù)條

16、件,我司所用的陽(yáng)極是鈦籃裝含S的鎳角，它的特點(diǎn)是溶解性能好，不產(chǎn)生陽(yáng)極泥，特別是所含的S，在陽(yáng)極溶解的同時(shí)，可把鍍液中的銅雜質(zhì)除去。反應(yīng)方程式為： Cu 2 +S 2- CuS,8）電流密度： 鍍鎳時(shí)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(lái)說(shuō)，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(jì)板的圖形分布 陰極電流效率及目前藥水狀態(tài),電流的計(jì)算方法：,I= 1

17、/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(duì)環(huán)氧基材和銅箔無(wú)腐蝕性 對(duì)絕緣保護(hù)膠帶或抗蝕干膜無(wú)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NH4HF2 200-250g/l 檸檬酸C6H8O7.H2O 30g/l 過(guò)氧化氫H2O2 27.5% 100-200ml/l 室溫/褪盡為止,（二）鍍 金 （鍍鎳后的板經(jīng)過(guò)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

18、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/l SO2 1mg/l Cl- 5mg/l PH：5.58.5 (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(shí)，鍍液陰極電流密度范圍狹窄，鍍層發(fā)

19、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(guò)量時(shí)，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(shí)，溶液的導(dǎo)電性下降。溶液分散能力較差，含量過(guò)高時(shí)，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(guò)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(duì)溶液得導(dǎo)電能力和分散能力影響不大，但對(duì)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

20、值，從而提高鍍液的沉積速率。但溫度過(guò)高時(shí)，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(guò)低，則鍍層不光亮，沉積速率也大幅度下降。,6）陽(yáng)極 印制板插頭鍍金可以采用Cr18NiTi不銹鋼作陽(yáng)極，也可以采用鈦鉑網(wǎng)作陽(yáng)極。但無(wú)論使用何種陽(yáng)極板，都應(yīng)盡量使陽(yáng)極面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陰極面積，據(jù)悉，這樣有助于延長(zhǎng)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(guò)高時(shí)，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

21、，從而使鍍層變脆。電流密度過(guò)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(guò)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(lái)源之一 。一些廠商出售專門用于回收金的樹(shù)脂 ，把這些樹(shù)脂放在過(guò)濾箱中。緊靠電鍍金的不流動(dòng)漂洗槽的漂洗水，由一臺(tái)泵通過(guò)過(guò)濾來(lái)加強(qiáng)循環(huán)。當(dāng)金達(dá)到飽和時(shí) ，取出樹(shù)脂并進(jìn)一步再生回收；然后在過(guò)濾器中裝入新的樹(shù)脂，操作過(guò)程就可重復(fù)進(jìn)行。,六、制 程 控 制,1、 加藥及換藥周期,2

22、、生產(chǎn)前準(zhǔn)備驗(yàn)證 若遇下列情況時(shí),需檢查前5塊板鎳金厚及表面狀況,做生產(chǎn)前準(zhǔn)備驗(yàn)證 2.1設(shè)備維修、大保養(yǎng)后 2.2新設(shè)備開(kāi)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(shí) 2.5更改工藝參數(shù)后 2.6機(jī)器停產(chǎn)超過(guò)24小時(shí)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(xiàng)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(bǔ)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(rùn)滑油于自動(dòng)入板及自動(dòng)收板處。 檢查運(yùn)輸帶之壓力及更換損壞之部分。 鎳缸每三個(gè)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4550C，按3ml/l加入雙氧水，攪拌4小時(shí)。 3.恒溫4550C，按5g/l加入活性碳，攪拌48小時(shí)。 4.靜置48小時(shí)后，泵回電鍍缸。 5.