PCB板化鎳金工藝控制

PCB板化鎳金工藝控制2008-10-1418:19PCB板化鎳金工藝控制

文章來源：PCB采購網(wǎng)

一、除油槽

一般情況，沉鎳金采用酸性除油劑來處理制板，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濕的效果，它應(yīng)當(dāng)具備不傷材料，低泡型易水洗的特點(diǎn)，后以二級市水洗或三級水洗更佳。二、微蝕槽

目的在于清潔銅面氧化及前工序遺留殘渣，保持銅面新鮮及增加化學(xué)鎳層的密著性，常用微蝕液為酸性SPS溶液。沉鎳金生產(chǎn)也有使用雙氧水或酸性過硫酸鉀微蝕液。由于銅離子對微蝕速率影響較大，通常須將銅離子的濃度控制在5-25G/L，以保證微蝕速率處于0。5-1。5UM，生產(chǎn)過程中，換槽時往往保留1/5-1/3槽舊液，以保持一事實上的銅離子濃度，也有使用少量氯離子加強(qiáng)微蝕效果。

另外，由于帶出的微蝕殘液，會導(dǎo)致銅面在水洗過程中迅速氧化，所以微蝕后水持和流量以及浸泡時間都須特別考慮，否則，預(yù)浸槽會產(chǎn)生太多的銅離子，繼而影響鈀槽壽命，在條件允許的情況下，微蝕水洗后，再加入5%左右的硫酸浸洗后進(jìn)入預(yù)浸槽。三、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)（無氧化）下，進(jìn)入活化槽。理想的預(yù)浸槽除了鈀之外，其它濃度與活化槽一致，實際上，一般硫酸鈀活化系列采用硫酸作預(yù)浸劑，鹽酸鈀活化系列采用鹽酸作預(yù)浸劑，也有使用氨鹽作預(yù)浸劑（PH值另外調(diào)節(jié)），否則，活化制程失去保護(hù)會造成鈀離子活化液局部水解沉淀。四、活化槽

活化的作用是在銅面析出一層鈀，作為化學(xué)鎳起始反應(yīng)之催化晶核，其形成過程則為鈀與銅的化學(xué)置換反應(yīng)。從置換的反應(yīng)來看，鈀與銅的反應(yīng)速度會越來越慢，當(dāng)鈀將銅完全覆蓋后（不考慮浸鍍的疏孔性）,置換反應(yīng)會停止，但實際生產(chǎn)中，不可能也不必要將銅面徹底活化，（將銅面完全覆蓋），從成本上講，這會使鈀的消耗大幅上升，更重要的是，這樣容易造成滲鍍等嚴(yán)重品質(zhì)問題。

由于鈀的本身特性，活化槽存在著不穩(wěn)定這一因素，槽液中會產(chǎn)生細(xì)微的鈀顆粒，這些顆粒不但會沉積在板的PAD上，而且沉積在基材、板面及槽壁上，當(dāng)其累計到一定程度，就可能造成板滲鍍及槽壁發(fā)黑等現(xiàn)象。

影響鈀槽穩(wěn)定性的主要因素除了藥水系列不同之外，鈀槽控制溫度和鈀離子濃度則是首要考慮的問題。溫度越低，鈀離子濃度越低，越有利于鈀槽的控制，但不能太低，否則會影響活化效果，引起漏鍍發(fā)生，溫度在20-30度，鈀離子在20-40PPM。在正常情況下，活化常出的鈀離子殘液體，在二級水洗過程中可以被洗干凈，吸附在基材上的微量元素，在鎳槽中不足以導(dǎo)致滲鍍的出現(xiàn)，另一方面，如果說不正常因素導(dǎo)致基材吸附大量活化殘液，并不是硫酸或鹽酸能將其洗去，只能從根本上去調(diào)整鈀槽或鎳槽，增加后浸及水洗，其作用是避免水中鈀含量太多而影響鎳槽。

需要留意的是，水洗槽中少量的鈀帶入鎳槽，不會對鎳槽造成太大的影響，所以不必太在意活化后水洗時間太短。一般情況下，二級水洗的時間控制在1-3分鐘為佳，最重要的是活化后水洗不可使用超聲波裝置，否則，不但導(dǎo)致大面積漏鍍，而且滲鍍問題依然存在。五、沉鎳槽

化學(xué)沉鎳是通過鈀的催化作用下，NAH2PO2水解生成原子態(tài)H，同時H原子在鈀催化條件下，將鎳離子還原為單質(zhì)鎳而沉積在裸銅面上。作為沉鎳，其本身也具備催化能力，由于其催化能力劣于鈀晶體，所以反應(yīng)初期主要是鈀的催化作用在進(jìn)行，當(dāng)鎳的沉積將鈀晶體完全覆蓋時，如果鎳槽活性不足，化學(xué)沉積就會停止，于是漏鍍問題就產(chǎn)生了，這種漏鍍與鎳缸活性嚴(yán)重不足所產(chǎn)生的漏鍍不同，前者因已沉積大約20微英寸的薄鎳，因而漏鍍位在沉金后呈現(xiàn)白色粗糙金面，而后者根本無化學(xué)鎳的沉積，外觀至發(fā)黑的銅色。

從化學(xué)鎳沉積的反應(yīng)看出，在金屬沉積的同時，伴隨著單質(zhì)磷的析出，而且隨著PH值的升高，鎳的沉積速度加快的同時，磷的析出速度減慢，結(jié)果則是鎳磷合金的P含量降低。反之。隨著PH值的降低，鎳磷合金的P含量升高。沉鎳中，磷的含量一般在7-11%之間變化，鎳磷合金的抗蝕性能優(yōu)于電鍍鎳，其硬度也比電鍍鎳高。

在化沉鎳的酸性鍍液中，當(dāng)PH小于3時，化學(xué)鎳沉積的反應(yīng)就會停止，而當(dāng)PH大于6時，鍍液很容易產(chǎn)生NI（OH）2沉淀，所以，一般情況下，PH值控制在4.5-5.2之間，由于鎳沉積過程產(chǎn)生氫離子（每個鎳原子沉積的同時釋放4個氫離子），所以生產(chǎn)過程中PH的變化是很快的，必須不斷添加堿性藥液來維持PH值的平衡。

通常情況下，氨水和氫氧化鈉都可以用于生產(chǎn)維持PH值的控制，兩者在自動補(bǔ)藥方面差別不大，但在手動補(bǔ)藥時就應(yīng)特別注意，加入氨水時，可以觀察到藍(lán)色鎳氨絡(luò)離子出現(xiàn)，隨即擴(kuò)散時藍(lán)色消失，說明氨水對化學(xué)鎳是良好的PH調(diào)整劑，在加入NAOH時，槽液立即出現(xiàn)白色氫氧化鎳沉淀粉未析出，隨著藥水?dāng)U散，白色粉未在槽液的酸性環(huán)境下緩慢溶解，所以，當(dāng)使用氫氧化鈉作為化學(xué)鎳的PH調(diào)整劑時，其配制濃度不能太高，加藥時應(yīng)緩慢加入，否則會產(chǎn)生絮狀粉未，當(dāng)溶解過程未徹底完成前，絮狀粉未就會出現(xiàn)鎳的沉積，必須將槽液過濾干凈后，才可重新生產(chǎn)。

在化學(xué)鎳沉積的同時，會產(chǎn)生亞磷酸鹽的副產(chǎn)物，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，亞磷酸鹽濃度會越來越高，于是反應(yīng)速度受生成物濃度的長高而抑制，所以鎳槽壽命未期與初期的沉積速度相差1/3則為正?，F(xiàn)象，但此先天不足采用調(diào)整反應(yīng)物濃度方式予以彌補(bǔ)，開缸初期鎳離子濃度控制在4.6g/l，隨著MTO的增加鎳離子濃度控制值隨之提高，直至5.0G/L停止，以維持析出速度及磷含量的穩(wěn)定，以確保鍍層品質(zhì)。

影響鎳槽活性最重要的因素是穩(wěn)定劑的含量，常用的穩(wěn)定劑是PB（CH3COO）2或硫脲。也有兩種同時使用的，穩(wěn)定劑的作用是控制化學(xué)沉鎳的選擇性，適量的穩(wěn)定劑可以使活化后的銅面發(fā)生良好的鎳沉積，而基材或綠油部分則不產(chǎn)生化學(xué)沉積，當(dāng)穩(wěn)定劑含量偏低時，化學(xué)沉鎳的選擇性變差，產(chǎn)品表面稍有活性的部分都發(fā)生鎳沉積，于是滲漏問題就發(fā)生了，穩(wěn)定劑含量偏高時，化學(xué)沉積的選擇性太強(qiáng)，產(chǎn)品漏銅面只有活化效果很好的銅位才發(fā)生鎳沉積，于是部分PAD位出現(xiàn)漏鍍的現(xiàn)象。

鍍覆產(chǎn)品的裝載量（以裸銅面積計）應(yīng)適中，以0.2-0.5平方厘米/L為宜，負(fù)載太大會導(dǎo)致鎳槽活性慢慢升高，甚至導(dǎo)致反應(yīng)失控，負(fù)載太低會導(dǎo)致鎳槽活性慢慢降低，造成漏鍍問題，在批量生產(chǎn)過程中，負(fù)載盡可能保持一致，避免空槽或負(fù)載波動太大的現(xiàn)象，否則，控制鎳槽活性的各參數(shù)范圍就會變得很窄，很容易發(fā)生品質(zhì)問題。

鎳層的厚度與鍍鎳時間呈線性關(guān)系，一般情況下，200微英寸鎳層厚度需鍍鎳時間28分鐘，150微英寸鎳層厚度需鍍鎳時間21分鐘左右，由于不同制板所須的活性不同，可考慮采用不同活化時間。六、沉金槽

置換反應(yīng)形式的浸金薄層，通常30分鐘可達(dá)到極限厚度，由于鍍液金的含量很低，一般為0.8-2G/L，溶液的擴(kuò)散速度影響到大面積PAD位與小面積PAD沉積厚度的關(guān)異，一般來說，獨(dú)立位小PAD位要比大面積PAD位金厚高100%也屬于正常現(xiàn)象。金槽容積越大越好，不但金濃度變化小而有利于金厚控制，而且可以延長換槽周期。PCB用化學(xué)鍍鎳金工藝探討2008-10-1418:21

PCB用化學(xué)鍍鎳金工藝探討(一)

文章來源：毛曉麗

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[摘要]本文在簡單介紹印制板化學(xué)鍍鎳金工藝原理的基礎(chǔ)上，對化學(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(dāng)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：ElectrolessNickelandImmersionGold

（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，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(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Au-Co、Au-Ni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（WireBonding）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，且存在下道測試檢驗困難等缺點(diǎn)。

目前，隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，印制板也朝著三無產(chǎn)品（無鉛、無溴、無氯）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(yīng)力、簡易的制程、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。

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(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(xué)鍍鎳金的批量生產(chǎn)。

2.1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+

2.2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，以下列四個反應(yīng)加以說明：

H2PO2—+H2O→H++HPO32—+2H

Ni2+

+2H→Ni+2H+

H2PO2—+H→H2O+OH—+P

H2PO2—+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，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），同時還可以避免金手指附近連接導(dǎo)電線處斜邊時所遺留之裸銅切口。

2.3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個電子，并立即被Au（CN）2—所捕獲而迅速在鎳上析出Au：

2Au（CN）2—+Ni→2Au+Ni2++4CN—

浸金層的厚度一般在0.03~0.1μm之間，但最多不超過0.15μm。其對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。

PCB用化學(xué)鍍鎳金工藝探討(二)

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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個工作站就可滿足其生產(chǎn)要求：

除油（3~7min）→微蝕（1~2min）→預(yù)浸（0.5~1.5min）→活化（2~6min）→沉鎳（20~30min）→浸金（7~11min）

3.1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，印制板基材不會產(chǎn)生熱應(yīng)力變形。此外，熱風(fēng)整平對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1Aurotech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=1.84）100ml/L10ml/L<135~40°C4~6￠

3級逆流水洗自來水

3~4￠

2微蝕Na2S2O8H2SO4（d=1.84）100g/L20ml/L<125~35°C2~3￠

3級逆流水洗自來水

3~4￠

3預(yù)浸H2SO4（d=1.84）50ml/L<122~32°C3~5￠

活化Aurotech-activatorH2SO4（d=1.84）200ml/L50ml/L<123~25°C1~2￠

3級逆流水洗去離子水

3~4￠

4化學(xué)鍍鎳AurotechCNNMod配制液AurotechCNNA補(bǔ)充劑濃NH3水150ml/L60ml/L15~20ml/L4.8~5.382~90°C20~30￠

化學(xué)鍍鎳備用槽

3級逆流水洗去離子水

3~4￠

5化學(xué)浸金AurotechSF配制液Aurotech起始液K[Au（CN）2]（Au68.3%）238ml/L2ml/L3g/L4.0~5.072~80°C10~15￠

回收去離子水

1~2￠

2級逆流水洗去離子水

2~3￠

熱水洗去離子水

0.5~1￠

烘干

4化學(xué)鍍鎳/金之工藝控制

4.1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。

4.2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(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。

4.3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（無氧化物），進(jìn)入活化槽。

4.4活化槽：活化的作用，是在銅面析出一層鈀，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。

4.5化學(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（Loadingfactor）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。

4.6化學(xué)浸金槽

1）金槽之Au絡(luò)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“RONMERSESMT藥水”為例，其沉積速率一般控制在0.05μm/5min，使金層厚度最小為0.03μm，最大為0.12μm，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)速度逐漸下降，因而需注意浸金液的壽命，對于勵樂公司“RONMERSESMT藥水”體系，大約在3MTO，超過它要及時進(jìn)行更換。

4）金回收處理問題

為了節(jié)省成本，金槽后需加裝回收水洗，同時還能減輕對環(huán)境的污染。

5化學(xué)鍍鎳/金可焊性控制

5.1金層厚度對可焊性和腐蝕的影響

在化學(xué)鍍鎳/金上，不管是施行錫膏熔焊或隨后的波峰焊，由于金層很薄，在高溫接觸的一瞬間，金迅速與錫形成“界面合金共化物”（如AuSn、AuSn2、AuSn3等）而熔入錫中。故所形成的焊點(diǎn)，實際上是著落在鎳表面上，并形成良好的Ni-Sn合金共化物Ni3Sn4，而表現(xiàn)固著強(qiáng)度。換言之，焊接是發(fā)生在鎳面上，金層只是為了保護(hù)鎳面，防止其鈍化（氧化）。因此，若金層太厚，會使進(jìn)入焊錫的金量增多，一旦超過3%，焊點(diǎn)將變脆性反而降低其粘接強(qiáng)度。

據(jù)資料報導(dǎo)，當(dāng)浸鍍金層厚度達(dá)0.1μm時，沒有或很少有選擇性腐蝕；金層厚度達(dá)0.2μm時，鎳層發(fā)生腐蝕；當(dāng)金層厚度超過0.3μm時，鎳層里發(fā)生強(qiáng)烈的不可控制的腐蝕。

5.2鎳層中磷含量的影響

化學(xué)鍍鎳層的品質(zhì)決定于磷含量的大小。磷含量較高時，可焊性好，同時其抗蝕性也好，一般可控制在7~9%。當(dāng)鎳面鍍金后，因Ni-Au層Au層薄、疏松、孔隙多，在潮濕的空氣中，Ni為負(fù)極，Au為正極，由于電子遷移產(chǎn)生化學(xué)電池式腐蝕，又稱焦凡尼式腐蝕，造成鎳面氧化生銹。嚴(yán)重時，還會在第二次波峰焊之后發(fā)生潛伏在內(nèi)的黑色鎳銹，導(dǎo)致可焊性劣化與焊點(diǎn)強(qiáng)度不足。原因是Au面上的助焊劑或酸類物質(zhì)通過孔隙滲入鎳層。如果此時鎳層中磷含量適當(dāng)（最佳7%），情況會改善。

5.3鎳槽液老化的影響

鎳槽反應(yīng)副產(chǎn)物磷酸鈉（根）造成槽液“老化”，污染溶液。鎳層中磷含量也隨之升高。老化的槽液中，阻焊膜滲出的有機(jī)物量增高，沉積速度減慢，鍍層可焊性變壞。這就需要更換槽液，一般在金屬追加量達(dá)4~5MTO時，應(yīng)更換。

5.4PH值的影響

過高的PH，使鍍層中磷含量下降，鍍層抗蝕性不良，焊接性變壞。對于安美特公司之Aurotech（酸性）鍍鎳/金體系，一般要求PH不超過5.3，必要時可通過稀硫酸降低PH。

5.5穩(wěn)定劑的影響

穩(wěn)定劑可阻止在阻焊Cu焊墊之間的基材上析出鎳。但必須注意，太多時不但減低鎳的沉積速度，還會危害到鎳面的可焊性。

5.6不適當(dāng)加工工藝的影響

為了減少Ni/Au所受污染，烘烤型字符印刷應(yīng)安排在Ni/Au工藝之前。光固型字符油墨不宜稀釋，并且也應(yīng)安排在Ni/Au工藝之前進(jìn)行。

做好Ni/Au之后，不宜返工，也不宜進(jìn)行任何酸洗，因為這些做法都會使鎳層埋伏下氧化的危險，危及可焊性和焊點(diǎn)強(qiáng)度。

5.7兩次焊接的影響

對低檔卡板只做一次焊接，一般不會有問題。但如筆記型電腦的主板、手機(jī)或PC等高檔板，一般需兩次焊接。

第一次焊接后，助焊劑殘余會浸蝕鎳層。第二次焊接的高溫會促使氧化甚至變黑，其固有強(qiáng)度變壞，無法通過振動試驗。遇到這種情況，只能從槽液管理上入手進(jìn)行改進(jìn)，使鍍鎳層具有更好的抗蝕性能。

6化學(xué)鍍鎳/金與其它表面鎳金工藝

化學(xué)鍍鎳/金除了通常所指之化學(xué)鍍薄金外，應(yīng)打金線等需求，又派生出化學(xué)厚金工藝；出于耐磨導(dǎo)電等性能要求，也派生出化學(xué)鍍鎳金后的電鍍厚金工藝；針對HDI板BGA位拉力要求，也派生出選擇性沉金工藝。

6.1化學(xué)厚金工藝

1）工藝流程

除油?水洗?微蝕?水洗?預(yù)浸?活化?水洗?沉鎳?水洗?化學(xué)薄金?回收?水洗?化學(xué)厚金?回收?水洗?干板

2）化學(xué)厚金之特點(diǎn)

化學(xué)厚金是指在還原條件下，金離子被還原為金單質(zhì)（還原劑同化學(xué)鍍薄金），均勻沉積在化學(xué)薄金上面，在自催化作用下，達(dá)到所需要的厚度。

一般情況下，印制板化學(xué)厚金的金厚控制在20μin左右。某些情況下，也有超過30μin金厚的。

3）工藝控制

化學(xué)厚金最重要的是成本問題，所以，反應(yīng)速度的控制尤為重要。絡(luò)合劑、還原劑、穩(wěn)定劑以及溫度，是影響反應(yīng)速度的重要因素。

6.2沉金金手指電鍍工藝

1）工藝流程

阻焊膜?沉鎳金?干板?包膠紙?電鍍金?去膠紙

其中，電鍍金為如下工藝流程：

酸洗?水洗?刷磨?水洗?活化?水洗?鍍金?回收?水洗?干板

2）沉金金手指電鍍的特點(diǎn)

沉金金手指這種類型的板，在制作過程中，先將整板的露銅部分，包括金手指部分進(jìn)行化學(xué)鍍鎳金。然后，單獨(dú)將金手指按客戶要求之厚度進(jìn)行電鍍金。

這種工藝流程簡單，性能可靠，既能滿足客戶元件粘貼要求，又能滿足插接性能。

3）工藝控制

包藍(lán)膠紙時，一定要防止藥水滲漏，避免金藥水污染。此外，電鍍厚金前，一定要將被鍍表面磨刷干凈，否則會引起分層。刷磨時，不可吝嗇沉金層的浪費(fèi)，刷磨效果越好，電鍍金層的結(jié)合力越牢固。

6.3選擇性沉金工藝

1）工藝流程

阻焊膜?干菲林?曝光?顯影?干板?沉鎳金?褪菲林?干板?有機(jī)保焊涂敷

2）選擇性沉金的特點(diǎn)

選擇性沉金既具有元件粘貼平整的特點(diǎn)，又具有良好的裝配焊接性能。同時，針對HDI板BGA位等小型Pad位采用有機(jī)保焊涂覆（如Cu106），避免因Pad位太小而造成鎳金拉力不足的缺點(diǎn)。而且，選擇性沉金的成本低于整板沉金，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ墓に嚒?/p>

3）工藝控制

干菲林是專用于沉鎳金的類型，它不但應(yīng)具有耐高溫藥液能力，且須具備良好的掩孔能力。由于沉鎳金疏孔的局限性，其表面對微蝕藥水非常敏感，極易造成鎳層腐蝕。所以，在有機(jī)保焊涂覆制程中，微蝕率應(yīng)在保證銅面清潔的前提下，控制的越低越好。能夠采用貼紅膠紙的制板，最好能象噴錫板那樣，貼紅膠紙加以保護(hù)。

PCB用化學(xué)鍍鎳金工藝探討(三)

文章來源：毛曉麗

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7、化學(xué)鍍鎳/金常見問題分析

由于化學(xué)鎳/金制程敏感，化學(xué)鎳/金板的用途多種多樣，且對表觀要求極嚴(yán)，因此化學(xué)鍍鎳/金生產(chǎn)中所遇到的問題很多。其中常見的一些問題及解決方法參見下表2。

表2化學(xué)鍍鎳/金常見問題及解決可焊性差

原因：1）金層太厚或太薄；2）沉金后受多次熱沖擊；3）最終水洗不干凈；4）鎳槽生產(chǎn)超過6MTO。

解決方法：1）調(diào)整參數(shù)，使厚度在：0.05~0.15μm；2）出板前用酸及DI水清洗；3）更換水洗槽；4）保持4~5MTO生產(chǎn)量。Ni/Cu結(jié)合力差

原因：1）前處理效果差；2）一次加入鎳成分太高

解決方法：1）檢查微蝕量及更換除油槽；2）用光板拖缸20~30min

Au/Ni結(jié)合力差

原因：1）金層腐蝕；2）金槽、鎳槽之間水洗PH>8；3）鎳面鈍化

解決方法：1）升高金槽PH值；2）檢查水的質(zhì)量；3）控制鍍鎳后沉金前打氣及停留時間

漏鍍

原因：1）活化時間不足；2）鎳槽活性不足

解決方法：1）提高活化時間；2）使用校正液，提高鎳槽活性

滲鍍

原因：1）蝕刻后殘銅；2）活化后鎳槽前水洗不足；3）活化劑溫度過高；4）鈀濃度太高；5）活化時間過長；

6）鎳槽活性太強(qiáng)

解決方法：1）反饋前工序解決；2）延時水洗或加大空氣攪拌；3）降低溫度至控制范圍；

4）降低濃度至控制范圍；5）降低活化時間；6）適當(dāng)使用穩(wěn)定劑

鎳厚偏低

原因：1）PH太低；2）溫度太低；3）拖缸不足；4）鎳槽生產(chǎn)超6MTO

解決方法：1）調(diào)高PH值；2）調(diào)高溫度；3）用光板拖缸20~30min；4）更換鎳槽

金厚偏低

原因：1）鎳層磷含量高；2）金槽溫度太低；3）金槽PH值太高；4）開新槽時起始劑不足

解決方法：1）提高鎳槽活性；2）提高溫度；3）降低PH值；4）適當(dāng)加入起始劑化學(xué)鎳金工藝講座2008-10-1609:32

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一、概述

化學(xué)鎳金又叫沉鎳金，業(yè)界常稱為無電鎳金(ElectrolessNickelImmersionGold)又稱為沉鎳浸金.

PCB化學(xué)鎳金是指在裸銅面上化學(xué)鍍鎳，然后化學(xué)浸金的一種可焊性表面涂覆工藝.它既有良好的接觸導(dǎo)通性，而且具有良好的裝配焊接性能，同時它還可以同其它表面涂覆工藝配合使用.隨著日新月異的電子業(yè)的民展，化學(xué)鎳金工藝所顯出的作用越來越重要.

二、化學(xué)鎳金工藝原理

2.1化學(xué)鎳金催化原理

2.1.1催化

作為化學(xué)鎳金的沉積，必須在催化狀態(tài)下，才能發(fā)生選擇性沉積.Ⅷ族元素及Au等許多金屬都可以作為化學(xué)鎳的催化晶體.銅原子由于不具備化學(xué)鎳沉積的催化晶種的特性，所以通過置換反應(yīng)可使銅面沉積所需要的催化晶種.

2.1.2鈀活化劑

PCB業(yè)界大都使用PdSO4或PdCl2作為化學(xué)鎳前的活化劑

在活化制程中，其化學(xué)反應(yīng)如下：

Pd2++Cu→Pd+Cu2+

2.2化學(xué)鎳原理

2.2.1化學(xué)鎳

在鈀(或其它催化晶體)的催化作用下，Ni2+被NaH2PO2還原沉積在裸銅表面.當(dāng)鎳沉積覆蓋鈀催化晶體時，自催化反應(yīng)將繼續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到所需要之鎳層厚度.

2.2.2化學(xué)反應(yīng)

在催化條件下，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生鎳沉積的同時，不但伴隨著P的析出，而且產(chǎn)生氫氣的逸出.

主反應(yīng)：Ni2++2H2PO2-+2H2O→Ni+2HPO32-+4H++H2↑

副反應(yīng)：4H2PO2-→2HPO32--+2P+2H2O+H2

2.2.3反應(yīng)機(jī)理

H2PO2-+H2O→H++HPO32-+2H

Ni2++2H→Ni+2H+

H2PO2-+H→H2O+OH-+P

H2PO2-+H2O→H++HPO32-+H2↑

2.2.4作用

化學(xué)鎳的厚度一般控制在3~5μm，其作用同金手指電鍍鎳一樣，不但對銅面進(jìn)行有效保護(hù)，防止銅的遷移，而且具備一定硬度和耐磨性能，同時擁有良好的平整度.在鍍件浸金保護(hù)后，不但可以取代撥插不頻繁的金手指用途(如計算機(jī)內(nèi)存條)，同時還可以避免金手指附近連接導(dǎo)電處斜邊時所遺留裸銅切口.

2.3浸金原理

2.3.1浸金

是指在活性鎳表面，通過化學(xué)置換反應(yīng)沉積薄金.

化學(xué)反應(yīng)：

2Au(CN)2-+Ni→2Au+Ni2++4CN-

2.3.2作用

浸金的厚度一般控制在0.05~0.1μm，對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)浸金來保護(hù)鎳面.

三、化學(xué)鎳金工藝流程

3.1工藝流程簡介

作為化學(xué)鎳金流程，只要具備6個工作站就可滿足其生產(chǎn)要求.3~7min

1~2min

0.5~4.5min

2~6min

20~30min

7~11min

除油

微蝕

預(yù)浸

活化

沉鎳

沉金

3.2工藝控制

3.2.1除油缸

一般情況，PCB沉鎳金采用酸性除油劑來處理制板，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濕效果的目的.它應(yīng)當(dāng)具備不傷SoiderMask(綠油)，低泡型易水洗的特點(diǎn).

除油缸之后通常為二級市水洗，如果水壓不穩(wěn)定或經(jīng)常變化，則將逆流水洗設(shè)計為三及市水洗更佳.

3.2.2微蝕缸

微蝕的目的在于清潔銅面氧化及前工序遺留殘渣，保持銅面新鮮及增加化學(xué)鎳層的密著性，常用微蝕液為酸性過硫酸鈉溶液.

Na2S2O8：80~120g/L

硫酸：20~50ml/L

沉鎳金生產(chǎn)也有使用硫酸雙氧水或酸性過硫酸鉀微蝕液來進(jìn)行的.

由于銅離子對微蝕速率影響較大，通常須將銅離子的濃度控制有5~25g/L，以保證微蝕速率處于0.5~1.5μm，生產(chǎn)過程中，換缸時往往保留1/5~1/3缸母液(舊液)，以保持一定的銅離子濃度，也有使用少量氯離子加強(qiáng)微蝕效果.

另外，由于帶出的微蝕殘液，會導(dǎo)致銅面在水洗過程中迅速氧化，所以微蝕后水質(zhì)和流量以及浸泡時間都須特別考慮.否則，預(yù)浸缸會產(chǎn)生太多的銅離子，繼而影響鈀缸壽命.所以，在條件允許的情況下(有足夠的排缸)，微蝕后二級逆流水洗之后，再加入5%左右的硫酸浸洗，經(jīng)二級逆流水洗之后進(jìn)入預(yù)浸缸.

3.2.3預(yù)浸缸

預(yù)浸缸在制程中沒有特別的作用，只是維持活化缸的酸度以及使銅面在新鮮狀態(tài)(無氧化物)下，進(jìn)入活化缸.

理想的預(yù)浸缸除了Pd之外，其它濃度與活化缸一致.實際上，一般硫酸鈀活化系列采用硫酸作預(yù)浸劑，鹽酸把鈀活化系列采用鹽酸作預(yù)浸劑，也有使用銨鹽作預(yù)浸劑(PH值另外調(diào)節(jié)).否則，活化制程失去保護(hù)會造成鈀離子活化液局部水解沉淀.

3.2.4活化缸

活化的作用是在銅面析出一層鈀，作為化學(xué)鎳起始反應(yīng)之催化晶核.其形成過程則為Pd與Cu的化學(xué)置換反應(yīng).

從置換反應(yīng)來看，Pd與Cu的反應(yīng)速度會越來越慢，當(dāng)Pd與Cu完全覆蓋后(不考慮浸鍍的疏孔性)，置換反應(yīng)即會停止，但實際生產(chǎn)中，人們不可能也不必要將銅面徹底活化(將銅面完全覆蓋).從成本上講，這會使Pd的消耗大幅大升.更重要的是，這容易造成滲鍍等嚴(yán)重品質(zhì)問題.

由于Pd的本身特性，活化缸存在著不穩(wěn)定這一因素，槽液中會產(chǎn)生細(xì)微的(5m濾芯根本不可能將其過濾)鈀顆粒，這些顆粒不但會沉積在PCB的Pad位上，而且會沉積在基材、綠油以及缸壁上.當(dāng)其積累到一定程度，就有可能造成PCB滲鍍以及缸壁發(fā)黑等現(xiàn)象.

影響鈀缸穩(wěn)定性的主要原因除了藥水系列不同之外，鈀缸控制溫度和鈀離子濃度則是首要考慮的問題.溫度越低，鈀離子濃度越低，越有利于鈀缸的控制.但不能太低，否則會影響活化效果，引起漏鍍發(fā)生.

通常情況下，鈀缸溫度設(shè)定在20~30℃，其控制范圍應(yīng)在±1℃，而鈀離子濃度則控制在20~40ppm，至于活化效果，則按需要選取適當(dāng)?shù)臅r間.

當(dāng)槽壁及槽底出現(xiàn)灰黑色的沉積物，則需硝槽處理.其過程為：

加入1：1硝酸，啟動循環(huán)泵2小時以上或直到槽壁灰黑色沉積物完全除去為止.適當(dāng)時可考慮加熱，但不可超過50℃，以免空氣污染.

另外，也有人認(rèn)為活化帶出的鈀離子殘液在水洗過程中會造成水解，從而吸附在基材上引起滲鍍，所以，應(yīng)在活化逆流水洗之后，多加硫酸或鹽酸的后浸及逆流水洗的制程.

事實上，正常情況下，活化帶出的鈀離子殘液體，在二級逆流水洗過程中可以被洗干凈.吸附在基材上的微量元素，在鎳缸中不足以導(dǎo)致滲鍍的出現(xiàn).另一方面，如果說不正常因素導(dǎo)致基材吸附大量活化殘液，并不是硫酸或鹽酸能將其洗去，只能從根源去調(diào)整鈀缸或鎳缸.增加后浸及逆流水洗，其作用只是避免水中Pd含量太多而影響鎳缸.

需要留意的是，水洗缸中少量的Pd帶入鎳缸，并不會對鎳缸造成太大的影響，所以不必太在意活化后水洗時間太短，一般情況下，二級水洗總時間控制在1~3min為佳.尤其重要的是，活化后水洗不可使用超聲波裝置，否則，不但導(dǎo)致大面積漏鍍，而且滲鍍問題依然存在.

3.2.5沉鎳缸

化學(xué)沉鎳是通過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，將鎳離子還原為單質(zhì)鎳而沉積在裸銅面上.

作為化學(xué)沉積的金屬鎳，其本身也具備催化能力.由于其催化能力劣于鈀晶體，所以反應(yīng)初期主要是鈀的催化作用在進(jìn)行.當(dāng)鎳的沉積將鈀晶體完全覆蓋時，如果鎳缸活性不足，化學(xué)沉積就會停止，于是漏鍍問題就產(chǎn)生了.這種滲鍍與鎳缸活性嚴(yán)重不足所產(chǎn)生的漏鍍不同，前者因已沉積大約20μ"的薄鎳，因而漏鍍Pad位在沉金后呈現(xiàn)白色粗糙金面，而后者根本無化學(xué)鎳的沉積，外觀至發(fā)黑的銅色.

從化學(xué)鎳沉積的反應(yīng)看出，在金屬沉積的同時，伴隨著單質(zhì)磷的析出.而且隨著PH值的升高，鎳的沉積速度加快的同時，磷的析出速度減慢，結(jié)果則是鎳磷合金的P含量降低.反之，隨著PH值的降低，鎳磷含金的P含量升高.

化學(xué)鎳沉積中，磷含量一般在7~11%之間變化.鎳磷合金的抗蝕性能優(yōu)于電鍍鎳，其硬度也比電鍍鎳高.

在化學(xué)沉鎳的酸性鍍液中，當(dāng)PH6時，鍍液很容易產(chǎn)生Ni(OH)2沉淀.所以一般情況，生產(chǎn)中PH值控制在4.5~5.2之間.由于鎳沉積過程產(chǎn)生氫離子(每個鎳原子沉積的同時釋放4個氫離子)，所以生產(chǎn)過程中PH的變化是很快的，必須不斷添補(bǔ)堿性藥液來維持PH值的平衡.

通常情況下，氯水和氫氧化鈉都可以用于生產(chǎn)維持PH值的控制，兩者在自動補(bǔ)藥方面差別不大，但在手動補(bǔ)藥時就應(yīng)特別關(guān)注.加入氨水時，可以觀察到藍(lán)色鎳氨絡(luò)離子出現(xiàn)，隨即擴(kuò)散時藍(lán)色消失，說明氨水對化學(xué)鎳是良好的PH調(diào)整劑.在加入氫氧化鈉溶液時，槽液立即出現(xiàn)白色氫氧化鎳沉淀粉末析出，隨著藥水?dāng)U散，白色粉末在槽液的酸性環(huán)境下緩慢溶解.所以，當(dāng)使用氫氧化鈉溶液作為化學(xué)鍍的PH調(diào)整劑時，其配制濃度不能太高，加藥時應(yīng)緩慢加入.否則會產(chǎn)生絮狀粉末，當(dāng)溶解過程未徹底完成前，絮狀粉末就會出現(xiàn)鎳的沉積，必須將槽液過濾干凈后，才可以重新開始生產(chǎn).

在化學(xué)鎳沉積的同時，會產(chǎn)生亞磷酸鹽(HPO32-)的副產(chǎn)物，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，亞磷酸鹽濃度會越來越高，于是反應(yīng)速度受生成物濃度的長高而抑制，所以鎳缸壽命末期與初期的沉積速度相差1/3則為正?，F(xiàn)象.但此先天不足可采用調(diào)整反應(yīng)物濃度方式予以彌補(bǔ)，開缸初期Ni2+濃度控制在4.60g/L，隨著MTO的增加Ni2+濃度控制值隨之提高，直至5.0g/L停止.以維持析出速度及磷含量的穩(wěn)定，以確保鍍層品質(zhì).

影響鎳缸活性最重要的因素是穩(wěn)定劑的含量，常用的穩(wěn)定劑是Pb(CH3COO)2或硫脲，也有兩種同時使用的.穩(wěn)定劑的作用是控制化學(xué)沉鎳的選擇性，適量的穩(wěn)定劑可以使活化后的銅面發(fā)生良好的鎳沉積，而基材或綠油部分則不產(chǎn)生化學(xué)沉積.當(dāng)穩(wěn)定劑含量偏低時，化學(xué)沉鎳的選擇性變差，PCB表面稍有活性的部分都發(fā)生鎳沉積，于是滲鍍問題就發(fā)生了.當(dāng)穩(wěn)定劑含量偏高時，化學(xué)沉積的選擇性太強(qiáng)，PCB漏銅面只有活化效果很好的銅位才發(fā)生鎳沉積，于是部分Pad位出現(xiàn)漏鍍的現(xiàn)象.

鍍覆PCB的裝載量(以裸銅面積計)應(yīng)適中，以0.2~0.5dm2/L為宜.負(fù)載太大會導(dǎo)致鎳缸活性逐漸升高，甚至導(dǎo)致反應(yīng)失控；負(fù)載太低會導(dǎo)致鎳缸活性逐漸降低，造成漏鍍問題.在批量生產(chǎn)過程中，負(fù)載應(yīng)盡可能保持一致，避免空缸或負(fù)載波動太大的現(xiàn)象.否則，控制鎳缸活性的各參數(shù)范圍就會變得很窄，很容易導(dǎo)致品質(zhì)問題發(fā)生.

鍍液應(yīng)連續(xù)過濾，以除去溶液中的固體雜質(zhì).鍍液加熱時，必須要有空氣攪拌和連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，使被加熱的鍍液迅速傳播.當(dāng)槽內(nèi)壁沉積鎳層時，應(yīng)該及時倒缸(將藥液移至另一備用缸中進(jìn)行生產(chǎn))，然后用25%~50%(V/V)的硝槽進(jìn)行褪除，適當(dāng)時可考慮加熱,但不可超過50℃.

至于鎳缸的操作控制，在溫度方面，不同系列沉鎳藥水其控制范圍不同.一般情況下，鎳缸操作范圍86±5℃，有的藥水則控制在81±5℃.在生產(chǎn)中，具體設(shè)定根據(jù)試板結(jié)果來定，不同型號的制板，有可能操作溫度不同.通常一個制板的良品操作范圍只有±2℃，個別制板也有可能小于±1℃.在濃度控制方面，采用對Ni2+的控制來調(diào)節(jié)其它組分的含量，當(dāng)Ni2+濃度低于設(shè)定值時，自動補(bǔ)藥器開始添加一定數(shù)量的藥水來彌補(bǔ)所消耗的Ni2+，而其它組分則依據(jù)Ni2+添補(bǔ)量按比例同時添加.

鎳層的厚度與鍍鎳時間呈線性關(guān)系.一般情況下，200μ"鎳層厚度需鍍鎳時間28min，150μ"鎳層百度需鍍鎳時間21min左右.由于不同的制板所需的活性不同，為減輕鎳缸控制的壓力(即增大鎳缸各參數(shù)的控制范圍)，可以考慮采用不同的活化時間，例如正常生產(chǎn)Pd缸有一個時間，容易滲鍍的制板另設(shè)定活化時間.這樣一來，則可以組合成六個程序來進(jìn)行生產(chǎn).需要留意的是，對于多程序生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)遵循一個基本原則，就是所有程序飛巴的起始位置必須保持一致，否則連續(xù)生產(chǎn)中切換程序容易造成過多的麻煩.

鎳缸的循環(huán)量一般設(shè)計在5~10turnover(每小時)，布袋式過濾應(yīng)優(yōu)先選擇考慮.搖擺通常都是前后擺動設(shè)計，但對于laser盲孔板，鎳缸和金缸設(shè)計為上下振動為佳.

3.2.6沉金缸

置換反應(yīng)形式的浸金薄層，通常30分鐘可達(dá)到極限厚度.由于鍍液Au的含量很低，一般為1~2g/L，溶液的擴(kuò)散速度影響到大面積Pad位與小面積Pad位沉積厚度的差異.一般來說，獨(dú)立位小Pad位要比大面積Pad位的金厚度高100%也屬正?，F(xiàn)象.

對于PCB的沉金，其金面厚度也會因內(nèi)層分布而相互影響，其個別Pad位也會出較大的差異.

通常情況下，沉金缸的浸鍍時間設(shè)定在7~11分鐘，操作溫度一般在80~90℃，可以根據(jù)客戶的金厚要求，通過調(diào)節(jié)溫度來控制金厚.需要留意的是，金缸容積越大越好，不但其Au濃度變化小而有利于金厚控制，而且可以延長換缸周期.

為了節(jié)省成本，金缸之后需加裝回收水洗，同時也可減輕對環(huán)境的污染.回收缸之后，一般都是逆流水洗.

四、關(guān)于生產(chǎn)線的設(shè)計

4.1沉鎳金自動線

4.1.1排缸

從生產(chǎn)線的角度來看，排缸數(shù)量越少越好，一方面可以減少不必要的天車運(yùn)行距離和時間，另一方面，還可以節(jié)省投資成本以及占地空間.

關(guān)于排缸的順序，一般情況應(yīng)從產(chǎn)能、滴水污染、天車運(yùn)行及操作方便等幾個因素來考慮.鎳缸由于保養(yǎng)費(fèi)時，所以應(yīng)當(dāng)排放一備用缸.

對于每天大約3KSF產(chǎn)能的生產(chǎn)線，設(shè)計一臺天車則可以滿足生產(chǎn)，建議排缸順序如下：

(1)上下料、(2)(3)(4)三級逆流水洗、(5)回收、(6)金缸、(7)(8)二級逆流水洗、(9)(10)雙架位鎳缸、(11)(12)備用雙架位鎳缸、(13)(14)二級逆流水洗、(15)活化缸、(16)預(yù)浸缸、(17)(18)二級逆流水洗、(19)酸洗缸、(20)(21)二級逆流水洗、(22)微蝕缸、(23)(24)(25)三級逆流水洗、(26)除油缸

對于每天大約4.5KSF產(chǎn)能的生產(chǎn)線，需設(shè)計兩臺天車來滿足生產(chǎn)需求，建議排缸順序如下：

(1)上下料、(2)(3)(4)三級逆流水洗、(5)回收、(6)(7)雙架位金缸、(8)(9)二級逆流水洗、(10)(11)(12)三架位鎳缸、(13)(14)(15)備用三架位鎳缸、(16)除油缸、(17)(18)(19)三級逆流水洗、(20)微蝕缸、(21)(22)二級逆流水洗、(23)酸洗缸、(24)(25)二級逆流水洗、(26)預(yù)浸缸、(27)活化缸、(28)(29)二級逆流水洗

對于每天大約6KSF的生產(chǎn)數(shù)，只需將三架位鎳缸改為四架位鎳缸即可.

對于更大產(chǎn)能的生產(chǎn)線，則應(yīng)考慮將缸的寬度和深度以及長度加大，以提高每架板的掛板數(shù)量.

4.1.2掛板設(shè)計

關(guān)于掛窗尺寸，一般考慮最大板橫掛.如18"×24"板則將24"邊打橫掛入，否則藥水在板面滑落時間比橫掛增加30%以上.因此，鎳缸的有效寬度和有效深度一般為26"×21"左右，其它缸則參考鎳缸的掛板空間.

這樣的設(shè)計，可以避免鎳缸太深而導(dǎo)致藥水交換不佳等問題.同時小尺寸生產(chǎn)則可以掛兩排，以增加產(chǎn)量和彌補(bǔ)鎳缸負(fù)載的不足.

關(guān)于掛具的設(shè)計，應(yīng)最大限度減少掛具在藥液中浸泡的面積，降低藥水帶出以及掛具上沉積鎳金的問題.同時，硝掛具一般采用王水，其操作的困難度較大，所以也應(yīng)考慮保養(yǎng)的方便.

建議使用PP夾板，每個掛具掛板15~20塊，每塊隔板的厚度以10mm為佳.頂部以316不銹鋼定夾板，下邊以鐵弗龍包膠U型相框來固定掛板.

4.1.3缸體材質(zhì)

由于鎳缸和金缸操作溫度在80~90℃，所以缸體不但須耐高溫，而且須不易滲漏.所以一般使用316不銹鋼做鎳缸，缸壁最好采用鏡面拋光.金缸一般使用耐熱PP或不銹鋼內(nèi)襯鐵弗龍.其它缸采用普通PP材質(zhì)即可.

對于鎳缸，如果僅生產(chǎn)單雙面板，也可考慮使用耐熱PP材質(zhì).但對于盲孔板，由于布線復(fù)雜，沉鎳金生產(chǎn)過程中，線路間有可能出現(xiàn)相互影響而易產(chǎn)生漏鍍，所以鎳缸操作比單、雙面板要高出5℃左右，甚至達(dá)到90℃以上.對采用PP材質(zhì)的鎳缸，不可避免產(chǎn)生大量的鎳沉積在缸底，給操作帶來很多問題.所以，鎳缸及其缸內(nèi)附件，包括加熱和打氣系統(tǒng)，如果使用不銹鋼材質(zhì)，則能夠通過正電保護(hù)抑制上鎳，不但使用鎳缸操作變得容易，而且在成本方面避免不必要的浪費(fèi).

4.1.4程序

沉鎳金生產(chǎn)，往往不可能只有一兩種制板生產(chǎn).由于每一種制板都有可能需要不同的活性，所以沉鎳金生產(chǎn)線，最好有四個以上的程序段，來滿足不同的生產(chǎn)需求.

4.2前后處理設(shè)備

4.2.1前處理

由于沉鎳金生產(chǎn)中"金面顏色不良"問題，通過調(diào)整系統(tǒng)活性以及加強(qiáng)微蝕速度等方式，雖然有時會湊效，但常常既費(fèi)時又費(fèi)力，而且這些措施很不安全，稍不注意就產(chǎn)生另一種報廢.所以，在有條件的情況下，另設(shè)計一條水平線作為前處理，通過增加制程來拓寬沉鎳金參數(shù)范圍的控制.

磨刷→水洗→微蝕→水洗→干板

磨刷：

通常采用500-1000#尼龍刷轆，在噴水裝態(tài)下清潔銅面，以除去綠油工序殘留的藥液以及輕度的沖板不凈剩余殘渣.如果綠油工序制程穩(wěn)定，或出現(xiàn)問題的可能性很小，則磨刷這個制程不需要設(shè)計.

微蝕：

通常使用80-120g/L的過硫酸鈉與5%的硫酸配制槽液，通過調(diào)節(jié)溫度，使微蝕率控制在1μm左右，它的作用是清潔銅面.去除前工序(主要指綠油)殘留在板面的藥水漬或嚴(yán)重氧化等銅面雜物，防止沉鎳金出現(xiàn)由前工序引起的甩鎳、金面顏色不良、滲鍍等問題.

需要注意的是，前處理若使用了水平微蝕劑，沉鎳金制程中的微蝕缸仍需保留，但微蝕率達(dá)到0.5μm即可，否則易造成銅厚不足的問題.

4.2.2后處理

由于沉鎳金表面正常情況下光潔度和平整度很好，所以輕微的金面氧化或水漬都會使金面顏色變得很難看.而沉鎳金生產(chǎn)線縱然控制到最佳，也只能杜絕金面氧化，對于烘干缸因水珠而遺留的水漬實在是無能為力.

高壓水洗機(jī)不但可以有效地清洗板面殘留藥水，防止金面氧化，而且干板過程有風(fēng)力將水珠吹走，完全避免殘留水珠而造成的水漬問題.

也有人在高壓水洗機(jī)前加一段2%的酸洗段，以洗去因金缸后造成的金面氧化.這也是事后補(bǔ)救的一種可取的方法.因為金面殘留的藥水在短短的水洗過程中造成金面氧化，那說明它對金面的攻擊作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2%的鹽酸或硫酸，而且水平酸洗過程也不足十秒，之后又有高壓水洗和干板，其對于鎳金面的影響應(yīng)該可以忽略不計.但是，有的客戶明確提出而且強(qiáng)烈反對沉金板酸洗，那也是沒有辦法的事，客戶是上帝，他不喜歡的事最好別做.

4.3循環(huán)過濾泵、加熱及打氣裝置

4.3.1循環(huán)過濾泵

為保持槽液有一定的循環(huán)效果，除油、微蝕、活化、沉鎳、沉金各缸都需要加裝循環(huán)泵，除鎳缸之外以上各缸還需加裝過濾器，通過5μm濾芯來過濾槽液.

對于鎳缸其循環(huán)不但要求均勻，有利于藥液擴(kuò)散和溫度擴(kuò)散，而且不能流速太快而影響化學(xué)鎳的沉積，通常其循環(huán)量6-7turnover為佳.同時鎳缸還需過濾，以除去槽液中雜物.由于棉芯容易上鎳，所以應(yīng)首先考慮布袋式過濾系統(tǒng).關(guān)于鎳缸的溢流問題，由主缸流入副缸，更有利于藥水?dāng)U散和溫度平衡.

4.3.2加熱裝置

除油、微蝕、活化、沉鎳、沉金各缸都需要加熱系統(tǒng)，除鎳金之外，均可使用石英或鐵弗龍加熱器.對于鎳缸，最好采用不銹鋼加熱交換管，且須外接下電保護(hù).因為自動補(bǔ)藥器是在副缸加藥，所以須留意加藥口不可正對副缸中的加熱器.

4.3.3打氣裝置

微蝕和鎳缸的主副槽以及各水洗缸都應(yīng)加裝打氣系統(tǒng).生產(chǎn)時通常是除油后第一道水洗、鎳缸主槽、及鎳缸后水洗處于打氣關(guān)閉狀態(tài).對于鎳缸，每一根加熱管下方都應(yīng)該保持強(qiáng)力打氣狀態(tài).

4.4接口設(shè)備

沉鎳金生產(chǎn)線的周邊附屬設(shè)施中，首先需要的是DI水機(jī)，各藥水缸配槽以及活化、沉鎳、金回收之后的水洗缸，都需要使用DI水.有的廠采用中央DI水處理，半管道接入沉金線，那則是最理想的設(shè)計.

在生產(chǎn)過程中，由于活化缸和微蝕缸對溫度要求很嚴(yán)格，所以應(yīng)當(dāng)購置冷水機(jī)來控制槽液溫度.對于鎳缸，有的人嫌降溫過程太慢(由操作溫度降至50℃以下)，將冷水管(臨時管道)接入鎳缸，這也是充分利用現(xiàn)有資源的好方法.

由于鎳缸硝槽時使用硝酸數(shù)量較大，而且不便重復(fù)利用，所以，在鎳缸底部連接一備用硝酸槽，通過一個抽水馬達(dá)(須耐硝酸)以及換向閥，將硝酸抽到所需的槽中.須留意的是，管理槽(貯存硝酸)的容積要大于鎳缸20-50%.

沉鎳金周邊設(shè)施除DI水機(jī)、冷水機(jī)及管理槽，還須將生產(chǎn)線污濁空氣抽出，送往化氣塔凈化.同時，生產(chǎn)線最好也加裝送風(fēng)裝置，以保持操作環(huán)境的空氣新鮮.

五、工序常見缺陷分析

5.1漏鍍

5.1.1主要原因

體系活性(鎳缸及鈀缸)相對不足；鉛、錫等鉛面污染.

5.1.2問題分析

漏鍍的成因在于鎳缸活性不能滿足Pad位的反應(yīng)勢能，導(dǎo)致沉鎳化學(xué)反應(yīng)中途停止，或者根本未沉積金屬鎳.

漏鍍的特點(diǎn)是：如果一個Pad位漏鍍，與其相連的所有Pad位都漏鍍.出現(xiàn)漏鍍問題，首先須區(qū)分是否由外界污染板面所致.若是，將該板進(jìn)行水平微蝕或采用磨板方式除去污染.

影響體系活性的最主要因素是鎳缸穩(wěn)定劑濃度，但由于難以操作控制，一般不采取降低穩(wěn)定劑濃度來解決該問題.

影響體系活性的主要因素是鎳缸溫度.升高鎳缸溫度，一定有利于漏鍍的改善.如果不考慮外部環(huán)境以及內(nèi)部穩(wěn)定性，無限度的升高鎳缸溫度，應(yīng)該能解決漏鍍問題.

影響體系活性的次要因素是活化濃度、溫度和時間.延長活化的時間或提高活化濃度和溫度，一定有利于漏鍍的改善.由于活化的溫度和濃度太高會影響鈀缸的穩(wěn)定性，而且會影響其它制板的生產(chǎn)，所以，在這些次要因素中，延長時間是首選改善措施.

鎳缸的PH值、次磷酸鈉以及鎳缸負(fù)載，都會影響鎳缸的活性，但其影響程度較?。欢疫^程緩慢.所以不宜作為改善漏鍍問題的主要方法.

5.2滲鍍

5.2.1主要原因

體系活性太高

外界污染或前工序殘渣

5.2.2問題分析

滲鍍的主要成因在于鎳缸活性過高導(dǎo)致選擇性太差，不但使銅面發(fā)生化學(xué)沉積，同時其它區(qū)域(如基材、綠油側(cè)邊等)也發(fā)生化學(xué)沉積，造成不該出現(xiàn)沉積的地方沉積化學(xué)鎳金.

出現(xiàn)滲鍍問題，首先須區(qū)分是否由外界污染或殘渣(如銅、綠油等)所致.若是，將該板進(jìn)行水平微蝕或其它的方法去除.

升高穩(wěn)定劑濃度，是改善體系活性太高的最直接的方法，但是，同漏鍍問題改善一樣，因難以操作控制而不宜采用.

降低鎳缸溫度是改善滲鍍最有效的方法.理論上，無限度的降低溫度，可以徹底解決滲鍍問題.

降低鈀缸溫度和濃度，以及減少鈀缸處理時間，可以降低體系活性，有效地改善滲鍍問題.

鎳缸的PH值、次磷酸鈉以及鎳缸負(fù)載，降低其控制范圍有利于滲鍍的改善，但因其影響較小而且過程緩慢，不宜作為改善滲鍍問題的主要方法.

因操作不當(dāng)導(dǎo)致鈀缸或鎳缸產(chǎn)生懸浮顆粒彌漫槽液，則應(yīng)采取過濾或更新槽液來解決.

5.3甩金

5.3.1主要原因

鎳缸后(沉金前)造成鎳面鈍化

鎳缸或金缸雜質(zhì)太多

5.3.2問題分析

金層同鎳層發(fā)生分離，說明鎳層同金層的結(jié)合力很差，鎳面出現(xiàn)異常而造成甩金.

鎳面出現(xiàn)鈍化，是造成甩金出現(xiàn)的最主要因素.沉鎳后在空氣中暴露時間過長和水洗時間過長，都會造成鎳面鈍化而導(dǎo)致結(jié)合力不良，當(dāng)然，水洗的水質(zhì)出現(xiàn)異常，也有可能導(dǎo)致鎳層鈍化.

至于鎳缸或金缸是否為甩金出現(xiàn)的主要原因，可在實驗室燒杯中做對比實驗來確定，若是，則更換槽液.

5.4甩鎳

5.4.1主要原因

銅面不潔或活化后鈀層表面鈍化

鎳缸中加速劑失衡

5.4.2問題分析

鎳缸以前制程不良或不能除去銅面雜物(包括綠油殘渣)，鎳層與銅面結(jié)合力就會受到影響，從而就導(dǎo)致甩鎳.

出現(xiàn)甩鎳問題，首先須檢查做板過程中板面狀況，區(qū)分銅面雜物還是活化后鈀層表面鈍化，若是后者，則追蹤是否活化后空氣中太長還是水洗時間太長.

如果銅面雜物引起甩鎳，則檢查前處理水平微蝕是否正常，同時須檢查前處理之前銅面是否異常.另外，前處理中硫脲藥液殘留銅面，輕則出現(xiàn)沉鎳金顏色粗糙，重則甩鎳.

鎳缸中加速劑(如Na2S2O3)太多則會導(dǎo)致鎳沉積松散，造成鎳層剝落.此時多伴隨鎳面啞色出現(xiàn)(失去光澤).出現(xiàn)這種情況，用拖缸板(鎳板)消耗掉多余加速劑，即可重新進(jìn)行生產(chǎn).

5.5非導(dǎo)通孔上金

5.5.1主要原因

直接電鍍或化學(xué)沉銅殘留的鈀太多

鎳缸活性太高

5.5.2問題分析

由于直接電鍍導(dǎo)體吸附的Pd層很厚，在沉鎳金工序之間，必須用"催化劑中毒"(毒化)的方法使其失去活性."鹽酸+硫脲"是目前毒化藥水的主流.其對于金面粗糙問題都可以避免，但毒化效果有時不穩(wěn)定，隨不同批號的來板差異較大.所以非導(dǎo)通孔Pd的厚度對毒化效果有很大影響.

對于化學(xué)沉銅類型的制板的，由于其Pd層較薄，一般通過降低鎳缸活性的方法，就可解決非導(dǎo)通孔上金的問題.但是，由于鎳缸活性的調(diào)節(jié)是用于控制滲鍍的漏鍍問題，人們不愿因非導(dǎo)通孔上金而縮窄鎳缸活性的控制.所以，通常也采用毒化的方法來使殘留Pd失去活性.

關(guān)于鎳缸，活性太高也會造成非導(dǎo)通孔上金，因此，不宜采用額外添補(bǔ)加速劑(如Na2S2O3)來調(diào)節(jié)鎳缸活性.如果在正?？刂葡氯杂猩倭糠菍?dǎo)通孔上金問題，可采取降低鎳缸溫度或延長毒化時間來解決.

鑒于以上狀況及考慮硫脲對銅面之咬蝕會造成金面粗糙等情況，可采用以下流程來改善毒化效果：

化學(xué)銅→一次銅→D/F→二次銅錫鉛→蝕銅→鈀毒化劑→剝錫鉛→化學(xué)鎳金

如采用鹽酸+硫脲，其工藝如下：

硫脲：30g/L

鹽酸(37%)：5%

溫度：40℃

時間：3min

三道逆水洗

5.6金面粗糙

5.6.1主要原因：

銅面(鍍銅)粗糙

銅面不潔

鎳缸藥水失衡

5.6.2問題分析

電鍍產(chǎn)生的銅面粗糙，只能在電鍍通過調(diào)整光劑或電流密度來改善.到于沉金線，水平微蝕也有能明顯改善其粗糙程度.

對于銅面不潔則考慮用磨板或水平微蝕的方式加以改善，可以做到解決由銅面不潔造成的金面粗糙.

鎳缸藥水失衡也會導(dǎo)致沉積松散或粗糙.影響鎳沉積粗糙的主要原因是加速劑太高或穩(wěn)定劑太少.至于改善對策，則可在實驗燒杯中加入穩(wěn)定劑，按1ml/L，2ml/L，3ml/L做對比試驗，這時就會發(fā)現(xiàn)鎳面逐漸變得光亮，找出適當(dāng)?shù)谋壤龑⒎€(wěn)定劑加入鎳缸即可試板和重新生產(chǎn).需要注意的是，藥水往往是加藥過程中出現(xiàn)偏差，只要糾正錯誤偏差后，調(diào)整穩(wěn)定劑并不是一件危險的操作.

5.7角位平衡

5.7.1主要原因

鎳缸循環(huán)局部過快

鎳缸溫度局部過熱

鎳缸穩(wěn)定劑濃度過高

5.7.2問題分析

角位平鍍是指化學(xué)鎳沉積過程中，出現(xiàn)Pad的角位不沉積鎳的現(xiàn)象.它通常具有方向性的特征.例如圓型Pad則出現(xiàn)同一方面的月芽形不上鎳，方型Pad則出現(xiàn)一邊完好，對邊嚴(yán)重不上鎳，兩個側(cè)邊逐漸變差.

對于鎳缸循環(huán)局部過快，往往是鎳缸藥液循環(huán)設(shè)計不合理或出水管變形造成，它特點(diǎn)是鎳缸某個角落固定現(xiàn)該問題.當(dāng)然，不合理的打氣沖擊板面也會導(dǎo)致該問題的出現(xiàn).

對于鎳缸溫度局部過熱，往往出現(xiàn)在副槽溢流的鎳缸設(shè)計.當(dāng)水位不足的時候，副缸溫度往往比主缸高出5℃以上，溢流的熱水流量在偏小的同時，往往只擴(kuò)散在主缸頂層，造成生產(chǎn)板頂部出現(xiàn)角位平鍍的現(xiàn)象.

對于鎳缸穩(wěn)定劑濃度過高，只要不是來料(供應(yīng)藥水)出現(xiàn)太大的質(zhì)量問題，通過補(bǔ)加適量的加速劑或拖缸，均能解決該問題的出現(xiàn).

5.8金面顏色不良

5.8.1主要原因

金缸穩(wěn)定劑(絡(luò)合劑)太多

金層厚度嚴(yán)重不足

金缸使用壽命太長或水洗不凈

5.8.2問題分析

金面顏色不良主要有兩種形式，一種是由于金缸穩(wěn)定劑(絡(luò)合劑)太多或金層厚度嚴(yán)重不足而形成的金面顏色發(fā)白.另一種是由于金缸使用壽命太長或水洗不凈造成金面氧化.

當(dāng)金缸穩(wěn)定劑補(bǔ)充過多時，往往會出現(xiàn)金面發(fā)白而金厚正常的現(xiàn)象，此狀況多發(fā)生在新開缸初期.遇到這種情況，只要不拘泥于化驗分析的控制范圍，停止幾次補(bǔ)藥，顏色就會逐漸轉(zhuǎn)為金黃色.當(dāng)然，將金缸溫度升高，也會一定程度地改善金面顏色.

對于金層厚度嚴(yán)重不足導(dǎo)致的顏色發(fā)白，主要原因在于金缸溫度低于下限太多或金鹽濃度嚴(yán)重不足，使得金層不能將鎳的顏色完全覆蓋，以至出現(xiàn)白色金面.

對于沉金缸后的水洗過程，殘留藥水會對金面造成污染.尤其是回收缸，浸洗時間控制半分鐘左右為佳.金面污染的制板，當(dāng)經(jīng)過烘干或自然干燥后，金面就會出現(xiàn)棕色斑痕.用酸洗或普通橡皮擦可以將其除去.

當(dāng)金缸使用壽命太長，槽液積聚的雜質(zhì)就會越來越多，金面棕色班痕就容易出現(xiàn)，所以沉金后水洗一定要嚴(yán)格控制，尤其是回收缸的藥水濃度不能太高.

5.9滲漏鍍

5.9.1特別說明

這里是指滲鍍和漏鍍在一塊板上同時出現(xiàn).

5.9.2問題分析

滲鍍和漏鍍是沉鎳金工序最常見問題，首先要區(qū)別是否外界污染或殘渣(包括殘銅)導(dǎo)致問題出現(xiàn).若是，則采取磨板或水平微蝕的方式去除.

對于漏鍍和滲鍍在同一塊板上同時出現(xiàn)，這說明體系活性不能滿足該制板的需求.升高活性，會加劇滲鍍的出現(xiàn)，而降低活性則又會導(dǎo)致漏鍍的加劇.所以改善對策只能從滲鍍和漏鍍的特性去調(diào)整鈀缸和鎳缸.首先，漏鍍的成因在于鎳缸選擇性太強(qiáng)，導(dǎo)致活性效果不佳的Pad位沉鎳化學(xué)反應(yīng)中途停止或金屬鎳根本不能沉鎳.所以，唯一能做的(不考慮調(diào)節(jié)加速劑和穩(wěn)定劑濃度)就是大幅度提高活化效果，縮小各Pad位間活化效果的差異，方能提供調(diào)整鎳缸的空間.

滲鍍的成因在于鎳缸的選擇性太差，降低鎳缸的溫度可解決該問題出現(xiàn).一般來講，將活化時間延長一倍，適應(yīng)的時候可以考慮升高活化缸溫度(最好不要超過30℃)，Pd2+濃度也可以考慮升高10-20ppm.同時將鎳缸溫度降低到適當(dāng)值則可解決漏鍍和滲鍍同時出現(xiàn)的問題.

解決滲鍍和漏鍍的方法表面看起來好象很矛盾，其實從化學(xué)反應(yīng)原理去看待，則不難理解.首先，對立的兩個問題同時存在，說明單從鎳缸入手根本沒有調(diào)整的空間.其次，活化缸是Pd2+和Cu的置換反應(yīng)，其反應(yīng)初期各Pad位Pd的沉積隨客觀環(huán)境而有很大的差異，但隨著Pd層的加厚，化學(xué)反應(yīng)速度逐漸降低，沉鈀快的Pad位(Pd較厚)反應(yīng)趨于停止，而沉鈀慢的Pad位仍然繼續(xù)沉積，因而就縮小了各Pad間的活化效果的差異.解決該矛盾的問題提供調(diào)整空間.

機(jī)理

A、滲鍍和漏鍍同時出現(xiàn)

B、大幅度提高活化效果

C、降低鎳缸活性

六、化學(xué)鎳金工藝常見誤區(qū)

6.1誤區(qū)一：只要藥水在控制范圍就一定能做出好板

出現(xiàn)這樣的錯誤多發(fā)生在對沉鎳金接觸較少的人士，他們用沉銅電鍍的眼光來看待沉鎳金.

首先，沉鎳金工藝在PCB行業(yè)出現(xiàn)較晚，其工藝同沉銅電鍍相比，還處于不成熟階段.盡管各供貨商對其藥水拼命改進(jìn)，每年都有大的突破，但其工藝控制范圍相對于沉銅電鍍，仍顯得很窄很窄.其次，沉鎳金最難的是鎳缸，而鎳缸最關(guān)鍵的成份是穩(wěn)定劑和加速劑，這兩種成份在PCB生產(chǎn)行業(yè)是不能化驗分析出其含量.因而，僅將其它次要成份控制在最佳范圍內(nèi)并不能保證做好板.

對于穩(wěn)定劑和加速劑，不同的溫度下其自身的消耗量各不相同，我們能控制的只有盡量避免空載加熱，而且每次做板前都進(jìn)行試板，將各項條件控制在理想范圍后，再進(jìn)行批量生產(chǎn).

6.2誤區(qū)二：只要小Pad位的制板沒有漏鍍出現(xiàn)，那么大Pad位的制板就不會發(fā)生漏鍍

總體來講，Pad位越小，出現(xiàn)漏鍍的可能性略大一些，但對于PCB互連復(fù)雜，小Pad位通過導(dǎo)通孔連接在大Pad位上是很常見的現(xiàn)象，因此很難判斷哪些是真正的小Pad位.何況對于沉鎳金，只要藥水能浸潤的地方，就有可能發(fā)生化學(xué)沉積，而漏鍍問題的出現(xiàn)，與Pad位的大小沒有直接關(guān)系.例如綠油擦傷，哪怕目檢只能觀察到的漏銅，其依然會發(fā)生化學(xué)鎳金的沉積.

另個，類似這樣的問題還很多，當(dāng)時某公司突然接到訂單，擔(dān)心沉鎳金出現(xiàn)問題而影響交貨.于是在制作內(nèi)層工序時就同時設(shè)計外層相同的雙面假板，假板的外工序照常進(jìn)行，從而用這種假板來設(shè)定沉鎳金各參數(shù).然而，在這樣的參數(shù)條件下，試板(假板)沒問題而生產(chǎn)板漏鍍嚴(yán)重.

這個問題說明內(nèi)層的互連對漏鍍的產(chǎn)生有很大的影響.當(dāng)然，雙面板的互連之間的影響，也有可能造成嚴(yán)重漏鍍，但這種情況極為罕見，上千只板中僅一兩只出現(xiàn)這種狀況.

6.3誤區(qū)三：只有活化良好的Pad位才能沉積化學(xué)鎳

很多人認(rèn)為，每一個Pad位銅面必須都具備良好的Pd沉積，否則就會發(fā)生漏鍍.

事實上并不是這么回事.在眾多相連的Pad位中，其潔凈程度一定有所差異，因而活化效果一定有所不同，但只要有一個Pad位能夠發(fā)生鎳沉積，其它所有相連的Pad位同樣能夠發(fā)生鎳的化學(xué)沉鎳.因為它們處在一個共同的等勢體中，要發(fā)生化學(xué)沉積則全都能進(jìn)行，否則全部漏鍍.

有兩個試驗更能說明這個問題.

實驗一：將一塊覆銅板經(jīng)除油微蝕后，將該板一半歸入活化液中進(jìn)行活化，另一半暴露在空氣中，然后進(jìn)行沉鎳，最初只有Pd存在的地方發(fā)生鎳沉積，幾秒鐘之后，裸銅部分也逐漸開始反應(yīng)，很快整個板面達(dá)到相同的反應(yīng)速度和效果.

實驗二：在沉鎳金生產(chǎn)拖缸時，人們往往看見有的拖缸板沒進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)(多發(fā)生在舊鎳板拖缸，如果將一塊反應(yīng)劇烈的拖缸板搭靠在一起，不發(fā)生反應(yīng)的那塊板很快就產(chǎn)生氫氣，沒有多久就達(dá)到另一塊相同的劇烈程度).

上面的實驗一說明沒有發(fā)生的pd沉積的pad位也有可能產(chǎn)生正常的鎳沉積，實驗二說明活性差的pad位同活性強(qiáng)的pad位如果有導(dǎo)線想連，都能產(chǎn)生正常的化學(xué)反應(yīng).

6.4誤區(qū)四：國為沉鎳金藥水對綠油具有浸蝕作用，所以甩油問題應(yīng)通過調(diào)整沉鎳參數(shù)而解決

眾所周知，沉鎳金工序?qū)G油具有浸蝕作用，而鎳缸對綠油的攻擊尤為顯著.關(guān)于沉鎳金工序?qū)G油攻擊的機(jī)理，眾多專家各執(zhí)一詞.

首先，沉鎳金由于其控制范圍極窄，而且參數(shù)波動較大，所以其并不具備改善綠油剝離的能力.而且，縱然將參數(shù)降低至100%的沉鎳金板報廢程度，也只能使綠油剝離的程度減輕，并不能涉及根本問題.

另外，從浸蝕綠油的現(xiàn)象來看，正常情況下，鎳缸對綠油正面基本沒有攻擊作用，而對于綠油側(cè)面的浸蝕通常也小于1mil.并且，被浸蝕的部分通過150℃一個半小時的烘板，也能達(dá)到重新固化的效果(不甩綠油).

在生產(chǎn)過程中，鎳缸時常會出現(xiàn)板掉入缸底，等到一個星期換缸時，發(fā)現(xiàn)鎳厚超過1mm，鎳層早已將綠油側(cè)邊完全覆蓋，但是，綠油正面完好無損.

高溫烘板能達(dá)到重新固化的效果，則說明有機(jī)溶劑或水分被揮發(fā)、被浸蝕的綠油側(cè)邊發(fā)生的物理變化，并不是化學(xué)腐蝕造成浸蝕問題.

對于異常情況，如綠油起泡，說明綠油與銅面的結(jié)合力出現(xiàn)問題.這種情況多源于板面氧化或者板面水漬，使得綠油與銅面出現(xiàn)局部的結(jié)合不良.

在鎳缸的高溫和有機(jī)溶劑的環(huán)境下，該處綠油由于膨脹作用使得綠油與局部銅面徹底分離，造成綠油起泡.對于綠油側(cè)邊大面積浮離問題，仍然是綠油與銅面的結(jié)合力，其不能抵抗膨脹作用而造成側(cè)邊翻卷剝離.這種情況通過沉金后烘板絲毫不能減輕甩綠油狀態(tài)，但是，如果改善綠油前磨板的粗糙度和水洗干板效果，問題就可以避免.

另外一種情況，很多人提出常溫下微蝕液甚至5%稀鹽酸，會造成綠油浮離.其實這是一種誤解.只有在板面氧化嚴(yán)重或者綠油與銅面結(jié)合力太差時，鹽酸或微蝕液才會浸入綠油下面.

正常情況下，微蝕液對綠油邊銅的攻擊受制于擴(kuò)散作用而緩慢很多，所以，綠油下的銅更難被微蝕液咬蝕.通常在生產(chǎn)中，某些返工的板(銅面污染)，微蝕液造成孔內(nèi)無銅出現(xiàn)，仍然見不到綠油浮離的現(xiàn)象.所以，無論生產(chǎn)線出現(xiàn)任何形式的甩綠油，其著眼點(diǎn)都應(yīng)放在綠油制程加以改善.

6.5誤區(qū)五：鎳缸保護(hù)電壓越小越好，而且應(yīng)是定值

對于鎳缸正電保護(hù)，其目的是增加一個外部電壓，從而抑制鎳沉積在缸壁或加熱器表面.當(dāng)然，在能夠抑制鎳沉積前提下，保護(hù)電壓確實越小越好，至少可以節(jié)約那么一點(diǎn)成本.

但是，鎳缸中不可避免顆粒出現(xiàn)，如掛具帶入(包括鎳金碎片、未洗凈鈀液等).那么鎳缸在使用過程中有效陽極面積不斷擴(kuò)大，被鍍陰極在使用過程中表面積也不擴(kuò)大(鎳沉積造成).為維護(hù)相同的保護(hù)抑制作用，必須升高電壓來彌補(bǔ)電流的增大.

通常開完新的鎳缸，鎳缸的保護(hù)電壓一般設(shè)定為0.9V，有人擔(dān)心電壓設(shè)定太高會影響鎳缸各組份間的平衡關(guān)系.而事實上，某些時候在鎳缸后，其保護(hù)電流已升到0.8A，理論應(yīng)該換備用缸以節(jié)省成本，但客戶的交貨期是不能延誤的，我們將保護(hù)電壓升至1.5V或更高，連續(xù)生產(chǎn)兩天，至鎳缸壽命結(jié)束(已經(jīng)難以滿足鎳厚要求)，也未出現(xiàn)新的問題.所以，正常情況下，鎳缸的保護(hù)電壓可以按需要來設(shè)定.6.6誤區(qū)六：化學(xué)薄金工藝測量金厚時，有時出現(xiàn)大于6μ的數(shù)據(jù)就表示金缸出現(xiàn)問題

通常我們的金厚要求為2-6μ(0.05-0.15μm)，在正常工藝條件下，由于化學(xué)薄金的特性及程序時間的確定，浸金厚度是很難達(dá)到6μ.

*造成金厚測量數(shù)據(jù)偏大的主要原因往往出現(xiàn)在X-ray機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)曲線發(fā)生偏移，或者測量時聚焦精度不足小Pad位邊綠部分對測量數(shù)據(jù)造成影響.另外，銅面粗糙度太大，造成表面積甚至成倍增大，從而出現(xiàn)金厚成倍增大的假象.還有，不同的基材也會影響測量數(shù)據(jù)，有的PCB在沉金前測量金厚，其數(shù)據(jù)顯示甚至超過0.1μm.

6.7誤區(qū)七：鎳缸冒出氫氣越多，說明鎳缸活性越高

反應(yīng)速度與活性是兩個完全不同的范疇.反應(yīng)速度快，只說明達(dá)到拖缸反應(yīng)條件的活性粒子足夠多，并不能代表能達(dá)到PCB的Pad位活性的粒子就多.對于活性來講，活性好就表示體系的選擇性既不高也不低.活性高意味著選擇性低.不但Pad位都發(fā)生鎳沉積，而且基材、綠油等部位也有可能發(fā)生鎳沉積.活性低意味選擇性高，只有活化良好的Pad位才容易發(fā)生鎳沉積，而活化效果不佳Pad位就有可能出現(xiàn)漏鍍.

所以，不能以拖缸板的反應(yīng)速度來衡量鎳缸活性的高低.活性的高低主要是由穩(wěn)定劑如[Pb(CH3COO)2]和加速劑(如Na2S2O3)來決定，而這兩者對于反應(yīng)速度，并沒有直接的關(guān)系.

至于反應(yīng)速度，則主要由生成物濃度(如Na2S2O3、H+)來決定，而生成物濃度同活性也沒有直接的關(guān)系.唯一能將反應(yīng)速度和活性聯(lián)系起來的因素則是溫度，溫度升高，活性和反應(yīng)速度都升高.但是，溫度對活性的變化很敏感而對反應(yīng)速度的變化則很小.

七、化學(xué)鎳金與表面處理工藝

化學(xué)鎳金除了通常所指的化學(xué)薄金之外，應(yīng)打金線等需求，又派生出化學(xué)厚金工藝；出于耐磨導(dǎo)電等性能要求，也派生出化學(xué)鎳金之后的電鍍厚金；針對HDI板BGA位拉力要求，也派生出選擇性沉金工藝.下面，針對這些派生工藝作一簡要介紹.

7.1化學(xué)厚金

7.1.1工藝流程

除油

水洗

→

微蝕

水洗

→

預(yù)浸

→

活化

水洗

→

沉鎳

水洗

→

化學(xué)薄金

→

回收

水洗

→

化學(xué)厚金

→

回收

水洗

→

干板--------------------------------------------------------------------------------PCB印刷電路板2008-08-2911:00◎PCB印刷電路板

目前來說，內(nèi)存的PCB主要分為兩大類：晶圓廠自行研發(fā)設(shè)計的原廠PCB及封裝廠廣為采用的欣強(qiáng)科技（BrainPower）PCB。

內(nèi)存大廠不但有自行研發(fā)、生產(chǎn)晶圓的實力，同時還會為自家的顆粒量身訂做一款電器性能佳、穩(wěn)定性出色且超頻性良好的PCB來配合原廠內(nèi)存封裝使用。因為牽扯的品牌太多（目前Samsung、Micron、Hynix、Infineon/Qimonda都有自家設(shè)計的PCB）我們并不需要再次贅述，而反而應(yīng)該把重點(diǎn)放到有口皆碑的BrainPowerPCB上。

BrainPower的PCB被廣泛應(yīng)用在各大內(nèi)存封裝廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品之上，相信玩家們也對此非常熟悉。它采用6層板設(shè)計，清晰、精簡的走線配合繁多的阻容元件可以有效防止傳輸信號回蕩所造成的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)益處等現(xiàn)象。而且最重要的是，BrainPower可以為內(nèi)存封裝廠商單獨(dú)生產(chǎn)個性PCB，如Corsair的高端產(chǎn)品就常采用BP設(shè)計的個性PCB來滿足用戶對內(nèi)存其它功能方面的需求。◎金手指

下圖中兩款內(nèi)存PCB的品牌型號是相同的，但仔細(xì)觀察會發(fā)現(xiàn)它們的金手指稍有差別。

綠色PCB的內(nèi)存金手指為化學(xué)工藝制作而成，蘭色PCB的內(nèi)存金手指為電鍍工藝制作而成?；瘜W(xué)工藝相對成熟穩(wěn)定且成本更容易控制；電鍍金由于工藝的要求，會在尾端的一側(cè)留有一個小尾巴。理論上電鍍金手指電器性能更佳且更耐插拔，但這點(diǎn)對于普通用戶意義不大，超頻玩家還是會更青睞于電鍍