沉镍金技术培训教材.

1沉镍金技术培训教材2目录•1、沉镍金工序的概念3•2、沉镍金原理及工艺流程10•3、药水特性16•4、沉镍金工序设备简介50•5、沉镍金工序常见缺陷分析63•6、生产应急措施及重工95•7、沉镍金工艺应用953第一部分沉镍金工序的概念4一、什么是化学镀化学镀是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属沉积的过程。5化学镀应具备的条件：1、氧化还原电位应显著低于金属还原电位；2、溶液不产生自发分解，催化时才发生金属沉积；3、PH值、温度可以调节镀覆速度；4、具有自催化作用；5、溶液有足够寿命。6镀液成分：金属盐、还原剂、络合剂缓冲剂、PH调节剂、稳定剂加速剂、润湿剂和光亮剂7三、什么是沉镍金？也叫无电镍金或沉镍浸金（ElectrolessNickelImmersionGold），是指在PCB裸铜表面涂覆可焊性涂层方法的一种工艺。其含义是：在裸铜面进行化学镀镍，然后化学浸金。二、什么是浸镀？以金属化学置换反应获得镀层的工艺，称之为浸镀或置换镀。8•沉镍金工艺既能满足日益复杂的PCB装配、焊接的要求，又比电镀镍金的成本低，同时还能对导线的侧边进行有效的保护，防止在使用过程中产生不良现象。•AU•Ni•CU•四、沉镍金工艺的目的9五、沉镍金工艺的用途化学镍的厚度一般控制在4-5μm，其作用同金手指电镀镍一样，不但对铜面进行有效保护，防止铜的迁移，而且具备一定硬度和耐磨性能，同时拥有良好的平整度。浸金的厚度一般控制在0.03-0.1μm，其对镍面具有良好的保护作用，而且具备很好的接触导通性能。在镀件浸金保护后，不但可以取代拨插不频繁的金手指用途（如电脑内存条），同时还可以避免金手指附近连接导电线处斜边时所遗留裸铜切口。很多需按键接触的电子器械（如手机、电子字典），都采用化学浸金来保护镍面。10第二部分沉镍金原理及工艺流程11催化化学镀镍浸金一、沉镍金原理•作用：为化学镍提供催化晶体•反应式：Pd2++CuPd+Cu2+（一）、催化(活化)12•作用：在钯的催化作用下，Ni2+在NaH2PO2的还原条件下沉积在裸铜表面。当镍沉积覆盖钯催化晶体时，自催化反应将继续进行，直至达到所需之镍层厚度。•化学反应：Ni2++2H2PO2-+2H2ONi+2HPO32-+4H++H2•副反应：4H2PO2-2HPO32-+2P+2H2O+H2(二)、化学镍13•H2PO2-+H2OHPO32-+H++2H•Ni2++2HNi+2H+•H2PO2-+HOH-+P+H2O•H2PO2-+H2OHPO32-+H++H2反应机理14•作用：是指在活性镍表面通过化学置换反应沉积薄金。•置换反应形成的浸金薄层，通常20-30分钟时间就可达到极限厚度。•化学反应：2Au++Ni2Au+Ni2+(三)、浸金15二、工艺流程除油微蚀预浸4~8min1~2min0.5~1.5min活化化学镀镍沉金2~6min22~29min7~11min水水水水16药水特性第三部分17（一）、除油缸1、除油剂：一般情况下，PCB沉镍金工序的除油剂是一种酸性液体物料，用于除去铜面之轻度油脂及氧化物，使铜面清洁及增加润湿性。2、特性：A：不损伤soldermaskB：低泡型，水洗容易183、操作条件温度：50±10oC时间：6±2min过滤：5μmPP滤芯连续过滤搅拌：摆动及药液循环搅拌槽材质：PP或SUS加热器：石英或铁弗龙加热器194、逆流水洗除油缸之后通常为二级市水洗，如果水压及流量不稳定或经常变化，则将逆流水洗设计为三级市水洗更佳。201、微蚀药剂组成：过硫酸钠Na2S2O8硫酸H2SO4作用：酸性过硫酸钠微蚀液用于使铜面微粗糙化，增加铜与化学镍层的密着性。沉镍金生产也有使用硫酸双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液来进行的。（二）、微蚀缸212、操作条件：Na2S2O8：100±20g/lH2SO4：20±10g/lCu2+：5~25g/l温度：30±2OC时间：1.5±0.5min搅拌:摆动及药液循环搅拌或空气打气槽材质:PVC或PP加热器:石英或铁弗龙加热器223、铜浓度控制：由于Cu2+对微蚀速率影响较大，通常须将Cu2+的浓度控制在5-25g/l，以保证微蚀速率处于0.5-1.5μm之间。生产过程中,换缸时往往保留1/5-1/3缸母液(旧液)，以保持一定的Cu2+浓度。234、逆流水洗：由于带出的微蚀残液，会导致铜面在水洗过程中迅速氧化，所以微蚀后水质和流量以及浸泡时间都须特别考虑。否则，预浸缸会产生太多的Cu2+，继而影响钯缸寿命。所以，在条件允许的情况下（有足够的排缸），微蚀后二级逆流水洗，之后再加入5%左右的硫酸浸洗，经二级逆流水洗后进入预浸缸。24(三)、预浸缸1、预浸剂：维持活化缸的酸度及使铜面在新鲜状态（无氧化物）的情况下，进入活化缸。2、操作条件：温度：室温时间：1±0.5min搅拌：摆动及药液循环搅拌槽材质：PVC或PP25（四）、活化缸1、活化剂其作用是在铜面析出一层钯，作为化学镍起始反应之催化晶核。PCB沉镍金工序之活化剂一般为硫酸型和盐酸型两种，现较多使用硫酸型钯活化液。行业中也有使用Ru（Ruthenium）做催化晶核，效果也较为理想。262、操作条件温度：27±3℃时间：4±2min槽材质：PVC或PP温控：铁弗龙包覆加热器或冷却盘管过滤：5μmPP滤芯连续过滤搅拌：摆动及药液循环搅拌273、消槽处理当槽壁及槽底出现灰黑色钯的沉积物，则须消槽处理。其过程如下：加入1:1硝酸，启动循环泵2h以上或直到槽壁会黑色沉积物完全除去为止（如有必要，可加热至40~50OC），硝酸排出后，加水循环10~20min，排放后用水循环洗涤二次以及DI水循环洗涤一次。284、工艺维护•影响钯缸稳定性的主要因素除了药水系列不同之外，钯缸控制温度和Pd2+浓度则是首要考虑的问题。温度越低、Pd2+浓度越低，越有利于钯缸的控制。但不能太低，否则会影响活化效果引起漏镀发生。•通常情况下，钯缸温度设定在20-300C，其控制范围应在±10C，而Pd2+浓度则控制在20-40ppm，至于活化效果，则按需要选取适当的时间。295、逆流水洗：水洗缸中少量的Pd带入镍缸，并不会对镍缸造成太大的影响，所以不必太在意活化后水洗时间太短，一般情况下，二级水洗总时间控制在1-3min为佳。尤其重要的是，活化后水洗不宜使用超声波装置，否则，不但导致大面积漏镀，而且渗镀问题依然存在。30（五）、沉镍缸1、镀液成份A、金属盐指Ni2+含量，不同系列沉镍药水其开缸浓度均不同。PCB行业一般均使用酸性镀液，其Ni2+开缸浓度一般控制在4.5g/L至6.0g/l。31B、还原剂一般均使用NaH2PO2，其控制浓度一般为22-32g/l。在镀液中，主反应将Ni2+还原成为金属Ni，副反应为其本身的歧化反应生成单质P，主反应及副反应过程中均伴随H2逸出。322、镀层特性•A、磷含量随着溶液成份和操作条件的不同而在7~11%之间变化；•B、热处理时，Ni3P结晶化层状结构逐渐消失。当磷含量高于8%时，镀层为非磁性；低于8%时，镀层为磁性；•C、抗蚀性高，特别是当磷含量较高时，在许多侵蚀介质中均比电镀镍耐蚀;33•D、硬度高，显微硬度约为500~600HV，400OC处理后则大于1000HV；•E、易钎焊，但熔焊性较差；•F、镀层密度约为8.0g/cm3；•G、熔点约为890OC343、工艺维护•A、在酸性溶液中，PH＜3时镍不会被还原析出。随着PH值的提高，沉积速度加快。当PH＞6时，很容易产生Ni(OH)2沉淀。一般PH控制在4.5~5.0;•B、随着NaH2PO2和NiSO4浓度的增加，沉积速度逐渐提高，而后趋于稳定或稍有降低。但此时溶液的稳定性下降;35•C、柠檬酸、羟基乙酸、琥珀酸、苹果酸、乳酸及其盐、氯化铵、焦磷酸盐、乙二胺、三乙醇胺等均为结合剂，其中某些药品还起缓冲剂作用；•D、锡、锌、铅、镉、锑等金属离子，某些有机或无机含硫化合物如硫脲以及三氯化钼都是化学镀镍的催化剂毒物。但如含量很少时，对镀液有一定的稳定作用。若含量过高会使镀液失效导致镍不能沉积出来。36•E、化学镀镍层的厚度一般控制4~5μm，最少要大于2.5μm厚的镍磷层才能起到有效的阻挡层作用,防止铜的迁移,以免渗出金面,氧化后导致导电性不良;•F、镀覆PCB的装载量（裸铜面）应适中，以0.1~0.5dm2/L为宜。负载太大会导致镍缸活性逐渐升高，甚至导致反应失控，造成严重后果；负载太低会导致镍缸活性逐渐降低，造成漏镀等问题。37•G、镀液应连续过滤，以除去溶液中的固体杂质。镀液加热时，必须要有空气搅拌或连续循环系统，使被加热的镀液迅速扩散开。当槽内壁镀有镍层时，应及时用硝酸（1:3)褪除,适当时可考虑加热,但不可超过50OC,以免污染空气。•H、镀液寿命一般控制在4MTO（即Ni离子添补量累积达到4倍开缸量），超过此限主要问题是镍厚不足。384、操作条件A、温度不同系列的沉镍药水其控制范围不同。一般情况下，镍缸的操作范围是86±50C，有的药水则控制在81±50C。具体操作温度应根据试板结果来定，不同型号的制板，有可能操作温度不同。一个制板的良品操作范围一般情况下只有±20C，个别制板也有可能小于±10C.39B、时间条件镍层厚度与镀镍时间呈线形关系。一般情况下，200μin镍层需镀镍时间28min左右，而150μin镍层则需镀镍时间21min左右。通常情况，不采用调节药水浓度或升高温度来弥补因时间不足而引起的镍厚不足，一定要根据客户镍层要求来设置适当的镀镍时间。否则，可能引起活性不稳定，会造成许多不良后果。40C、浓度：不同供应商之不同系列药水，其浓度控制范围各不相同。由于化学镀镍的本身特点，其动态平衡的控制难度远远大于化学镀铜，其控制范围很窄则可说明这一点。因此，尽可能使用自动补料器来控制药水浓度，手动补料是很难保证每一个制板的良品率。41•D、循环量：•5~~10turnoverperhour（每小时循环抽液量所占开缸体积的倍数）。•E、过滤：•优先考虑布袋式过滤，棉芯过滤需监控流量（发现堵塞及时更换）。•F、摇摆：•根据做板类型的需要决定采用上下摇摆或前后摇摆方式42•G、自动化加药：•镍缸自动加药是通过感应槽液中Ni2+的透光率的原理，根据吸光度的变化来衡量Ni2+浓度的高低。当Ni2+浓度降低时，特征光谱吸收峰降低，从而透光率的增高使光敏电阻的阻值发生变化，由此而测出变化后的Ni2+浓度。•当Ni2+浓度显示值低于设定值时，自动加药器开始加药，直到Ni2+浓度显示值达到设定值时，自动加药泵停止加药。其他组份则根据加药比例事前调节好流量，加药时间与Ni2+加药泵同步进行。43•H、缸体材质：•由于镍缸和金缸操作温度在80-900C，所以缸体不但须耐高温，而且须不易渗漏。所以一般使用316不锈钢做镍缸，缸壁最好采用镜面抛光。•对于镍缸，如果仅生产单双面板，也可考虑使用耐热PP材质。44•对于盲孔板，由于布线复杂，沉镍金生产过程中，线路间有可能出现相互影响而易产生漏镀，所以镍缸操作温度比单、双面板要高出50C左右，甚至达到900C以上。若采用PP材质的镍缸，不可避免产生大量的镍沉积在缸底，给操作带来很多问题。所以，镍缸及其缸内附件，包括加热和打气系统，如果使用不锈钢材质，则能够通过正电保护抑制上镍，不但使镍缸操作变得容易，而且在成本方面避免不必要的浪费。45（六）、沉金缸1、镀液成份A、金盐即氰化金钾KAu(CN)2，其含量为68.3%,其控制浓度一般为0.8g/l~2g/lB、添加剂添加剂包含氯化铵、柠檬酸铵及适量稳定剂，常用EDTA络合Ni2+以稳定生成物对反应速度的影响。462、特性：由于金和镍的标准电极电位相差较大，所以在合适的溶液中会发生置换反应。镍将金从溶液中置换出来，但随着置换出的金层厚度的增加，镍被完全覆盖后，浸金反应就终止了。一般浸金层的厚度较薄，通常为0.1μm左右,这既可达到降低成本的要求,也可提高后续钎焊的合格率。473、操作条件•温度：85±50C•PH：4.5±0.5•加热:石英或铁弗龙