浸金金厚不均探究

1、化學(xué)鍍鎳浸金金厚不均探究胡光輝 ，李大樹 ，黃奔字 ，蒙繼龍(1華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣東廣州510640；2安捷利(番禺)電子實(shí)業(yè)有限公司，廣東番禺511455)摘要 分析了化學(xué)鍍鎳浸金過程中金層厚度不均的現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，面積不同的銅面發(fā)生電氣互聯(lián)時(shí)容易造成金厚不均的現(xiàn)象，而無電氣互聯(lián)情況時(shí)，金厚均勻性比較好。導(dǎo)致金厚不均的原因有兩種情況，一種是電勢影響，二是雙極性效應(yīng)。關(guān)鍵詞 化學(xué)鍍鎳；浸金；雙極性效應(yīng)中圖分類號TQ1531 文獻(xiàn)標(biāo)識碼B 文章編號10011560(2006)070064一O2O 前言印制電路板的表面處理方法分為化學(xué)鍍鎳浸金、電鍍鎳金、有機(jī)可焊性保護(hù)膜(O

2、SP)、電鍍鉛錫、電鍍純錫、化學(xué)鍍銀、化學(xué)鍍錫等等¨ j。這些表面涂鍍覆層可以提供高度平整的連接盤表面，有利于表面安裝器件的貼裝和提高電氣連接的可靠性。其中化學(xué)鍍鎳浸金工藝因具有可熔焊、搭接、接觸導(dǎo)通以及協(xié)助散熱等功能，在印制電路板行業(yè)大量使用?；瘜W(xué)鍍鎳浸金具有可焊性好、焊墊平坦、保存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，但也存在黑鎳、鍍層韌性不佳等不足，還存在浸金層厚度不均的問題。本工作對浸金層厚度不均的原因進(jìn)行了深入探討，以期找到適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。1 試驗(yàn)化學(xué)鍍鎳浸金所使用的添加劑為日本澳野UPC系列產(chǎn)品。按照所提供的參數(shù)進(jìn)行鍍鎳浸金，具體的流程如下：除油一水洗一熱水洗一微蝕一水洗一中和一水洗一預(yù)浸一活化

3、一水洗一酸洗一水洗一化學(xué)鍍鎳一水洗一浸金一金回收一水洗一熱水洗?；罨篜d“4555 mgL，HCI 8O120 mLL，溫度25 ，時(shí)間12 min。化學(xué)鍍鎳：Ni“4652 gL，NaH2PO2 2O25 gL，pH值4550，溫度8O ，時(shí)間10 min。浸金：Au濃度122、0 gL，金添加劑5 10，溫度88 oC，pH值58，時(shí)間510 min。試驗(yàn)中使用的試片分為兩種：(1)用覆銅箔制備一大一小兩個(gè)銅面，導(dǎo)通時(shí)兩銅面用一細(xì)導(dǎo)線連接，不導(dǎo)通時(shí)兩銅面間的細(xì)導(dǎo)線斷開。(2)安捷利(番禺)電子實(shí)業(yè)有限公司的產(chǎn)品A和B。進(jìn)行雙電極效應(yīng)試驗(yàn)時(shí)，使用兩片314不銹鋼片作正、負(fù)極，使用03O V

4、、05 A的直流恒電位儀供外電流，控制恒電流020 A。試片經(jīng)化學(xué)鍍鎳浸金后，使用FISCHERSCOPE xRAY SYSTEM XDL系列x射線熒光測試儀。2 結(jié)果與討論21 不同樣品金厚不均分析化學(xué)鍍鎳浸金的原理可概括如下：化學(xué)鍍鎳是利用鈀等活性中心催化次亞磷酸鈉氧化，而鎳離子則通過次亞磷酸鈉氧化產(chǎn)生的電子或氫原子還原成鎳原子，此過程中也發(fā)生了磷的沉積，故得到鎳磷合金鍍層。而浸金過程主要利用置換反應(yīng)，由金離子咬蝕鎳磷鍍層中的鎳原子，而氧化鎳還原金離子最后便生成了金鍍層5.6 。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同的產(chǎn)品經(jīng)化學(xué)鍍鎳浸金后，總會(huì)出現(xiàn)不同部位金厚不均勻的現(xiàn)象，有些部位金層較薄，有些地方較厚(見表1)。

5、從表1可發(fā)現(xiàn)，雖然不同產(chǎn)品的金厚存在差別，但是具有明顯的規(guī)律性，即當(dāng)大、小銅面上存在電氣連接時(shí)，大銅面上的金厚要小于小銅面上的金厚；當(dāng)大、小銅面不存在電氣連接時(shí)，大、小銅面上的金厚則比較相近。由于非同一試片，或者不同時(shí)間收集的數(shù)據(jù)都會(huì)導(dǎo)致大面積銅面上金厚出現(xiàn)差異，因此不比較大面積銅上金厚的差別；小銅面上也是如此。由于浸金是一種置換反應(yīng)，在大、小銅面上金咬蝕鎳的速率是相等的，但是在相同時(shí)間內(nèi)大銅面上鎳氧化放出的電子數(shù)比小銅面上的多，當(dāng)大、小銅面存在電氣連接時(shí)，大銅面充當(dāng)釋放電子的陽極，而小銅面充當(dāng)?shù)秒娮拥年帢O。因此，金離子在小銅面上的還原析出比大銅面容易，金層厚度更厚。大、小銅面上金厚的差別也可

6、以從電子電勢高低的角度進(jìn)行分析。當(dāng)大、小銅面發(fā)生鎳置換金時(shí)，金咬蝕鎳的速度相同，所反映的電流密度大小相等，即J =Js，存在的電流為幾·A >Js·As，相同時(shí)間內(nèi)的電量：Q >Q ，因?yàn)镼=c·u，同一材料的電容相同，故電量大的銅面的電子電勢更高，電子易從高電勢往低電勢遷移，造成小銅面上的電子密度高于大銅面的，從而金在小銅面上的置換反應(yīng)速度更快。22 雙極性效應(yīng)化學(xué)鍍鎳浸金過程中金厚存在差別除了電勢差原因外，雙極性效應(yīng)也是要考慮的因素。在化學(xué)鍍鎳過程中，槽壁通過小電流以氧化除去沉積在槽壁上的鎳。在施鍍過程中，此小電流的存在會(huì)使板的兩面存在電荷分布的差

7、異，靠近正極的表面荷負(fù)電荷，而靠近負(fù)極的表面荷正電荷 。選取兩面電氣互連的產(chǎn)品B進(jìn)行化學(xué)鍍鎳浸金，之后用x射線熒光測厚儀進(jìn)行金厚和鎳厚的測量，結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，在雙極性效應(yīng)條件下，鍍件反面的金、鎳厚度均大于鍍件正面的。鎳厚的差別是因?yàn)樵陔p極性效應(yīng)作用下，鍍件面向正極的一面帶負(fù)電荷，有利于加速鎳的沉積。而面向負(fù)極的一面則帶正電荷，不利鎳的沉積。金厚差別可能與鍍層中磷含量相關(guān)。23 金厚不均程度為了便于比較，將上述表1、表2的數(shù)據(jù)整合分析，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大、小銅箔不發(fā)生電氣相連時(shí)，兩者的平均值接近，金厚分布均勻；而大、小銅箔電氣互連時(shí)，金厚相差l27，大、小焊盤存在電氣連接的產(chǎn)品A，金厚相差顯著，高達(dá)287；雙極性效應(yīng)產(chǎn)生的金厚差別也比較大，具有104的偏差。導(dǎo)致產(chǎn)品A金厚差別最大的原因在于，它既存在電勢差的影響，又有雙極性效應(yīng)的作用。而其他幾種情況只受電勢差影響或雙極性效應(yīng)影響，因此削弱其中任何一種均可改善金厚的分布。3 結(jié)論化學(xué)鍍鎳浸金過程中面積不同的銅面發(fā)生電氣互連時(shí)容易造成金厚不均的現(xiàn)象，無電氣互連時(shí)，金厚均勻性比較好。導(dǎo)致金厚不均的原因主要有兩種情況，一是大、小銅面之間存在的電勢差影響，二是不銹鋼槽壁通保護(hù)電流產(chǎn)生的雙極性效應(yīng)。根據(jù)上述金厚不均的原因，