沉镍金技术培训教材

沉镍金技术培训教材目录•1、沉镍金工序的概念3•2、沉镍金原理及工艺流程9•3、药水特性15•4、沉镍金工序设备简介39•5、沉镍金工序常见缺陷分析47•6、沉镍金工艺应用52第一部分沉镍金工序的概念一、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。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。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。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。四、沉镍金工艺的目的•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•第二部分沉镍金原理及工艺流程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)•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•H2PO2-+H2OHPO32-+H++2H•Ni2++2HNi+2H+•H2PO2-+HOH-+P+H2O•H2PO2-+H2OHPO32-+H++H2反应机理（三）、浸金•作用：是指在活性镍表面通过化学置换反应沉积薄金。•化学反应：2Au++Ni2Au+Ni2+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水水水水药水特性第三部分（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3、操作条件温度：50±10oC时间：5±2min过滤：5μmPP滤芯连续过滤搅拌：摆动及药液循环搅拌槽材质：PVC或PP加热器：石英或铁弗龙加热器微蚀药剂组成：1、过硫酸钠Na2S2O82、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（二）、微蚀缸3、操作条件：Na2S2O8：100±20g/lH2SO4：20±10g/lCu2+：3~20g/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(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PP（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。2、操作条件温度：27±3OC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3、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DI水循环洗涤三次。（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。B、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。2、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•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890OC3、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，很可能产生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•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。•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0.2~0.5dm2/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。•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。4、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。一般情况下，一个制板的良品操作范围只有±20C，个别制板也有可能小于±10CB、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。C、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。•D、循环量：•5~~10turnoverperhour•E、过滤：•优先考虑布袋式过滤•F、摇摆：•根据做板类型的需要决定摇摆方式（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，常用的稳定剂为EDTA。2、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。3、操作条件•温度：85±50C•PH：4.5±0.5•加热:石英或铁弗龙加热器•搅拌:过滤机循环搅拌•摇摆:同镍缸•槽材质:PP、FRP或SUS内衬铁弗龙第四部分沉镍金工序设备简介1、排缸除油缸逆流水洗微蚀缸逆流水洗酸洗缸逆流水洗预浸缸活化缸逆流水洗沉镍缸(含备用缸一个)逆流水洗沉金缸回收缸逆流水洗一、沉镍金自动线2、功能检查•A、自动行车•B、摇摆•C、手动控制•D、遥控控制•E、出错显示•F、安全装置•G、火牛显示•H、温度感应•I、打气状态•J、程式时间•K、缸体及接喉3、挂板设计•A、最大限度减少挂具在药液中浸泡面积，一降低药水带出以及挂具上沉积镍金问题•B、最大尺寸板横挂，如18X24’’板则将24”横向挂入,否则,药水在板面滑落时间比横挂增加30%,同时,最小尺寸板则可挂两排;•C、挂具设计应考虑保养的方便,消挂具一般采用王水,操作时应注意安全。4、保护电流及自动补药器一般情况下，镍缸使用不锈钢体，或者使用不锈钢加热器（包括不锈钢热交换器）等设施，都应对其阳极进行保护，以抑制镍在其表面的沉积。自动补药器通常由药水供应商提供。二、前后处理设备1、前处理A、目的：使非导通孔内残留的钯失去活性以及将待沉金铜面微蚀清洁。B、水平前处理设备流程：硫脲+HCl水洗微蚀水洗干板备注：硫脲毒化也可以在绿油工序前完成。2、后处理A、目的：将沉金后的板面药渍彻底清洗干净。B、水平后处理设备流程：酸洗或DI水洗干板高压水洗三、周边设备•1、冷水机•2、DI水机•3、化气塔•4、送鲜风装置第五部分沉镍金工序常见缺陷分析问题可能原因解决措施金面粗糙1镍缸PH值太高或Ni浓度过高；2铜面粗糙或严重氧化；3前处理不良；4镍缸中存在不溶性粒子，可能造成共镀而粗糙；5配槽水或清洗水水质不良；6铜层本身有针孔；7铜面有绿油残膜；8铜面过度微蚀；9药水局部搅拌不足；1调整，检查补给装置；2加强前制程；3改善微蚀等前处理品质；4加强过滤，更换药水，改善前水洗时间与流量；5使用纯水，移槽过滤，更换槽液；6改善电镀或蚀刻等前制程；7改善绿油特性，硬化条件及加“除残膜”处理；8调整微蚀温度、浓度、时间等；9将加药口移到适当位置；问题可能原因解决措施架桥1活化液（钯离子）污染（尤其是铁离子或化镍药水的滴入）2活化液老化3镍缸补充异常4镍缸温度过高5蚀铜未尽，基材面留有残铜1杜绝污染源；预浸与活化两缸所用之硫酸采用高纯度；活化液的添加采用专用加药杯；2更新活化液；改善加温方式并加强过滤3分析药水，检查补充量及补给装置4调整温度5改善蚀铜制程镍金表面出现针孔1镍缸中有不溶性颗粒；2前处理不良；3镍缸遭到有机污染；4镍缸搅拌不足，氢气附者太多；1改善过滤；2改善微蚀、清洗等前处理；3换缸，杜绝杂质来源；4增强搅拌及往复振动速度，加装设备；问题可能原因解决措施露铜，镀不上镍金1铜面严重氧化或存在绿油残膜2镍缸PH值太低，反应活性不足3镍缸温度太低4活化缸能力不足5活化后镀镍前水洗时间太长，又遭钝化；6铜面剥锡未净，或铜面受到硫化物的污染7镍缸中有机物或金属杂质太多8镍缸添补不正常，使成分变化9镍缸中板太少，，负载过低1加强沉镍前处理2调整PH值，并检查自动控制装置是否失效3调整，检查自动控制装置4调整活化缸钯离子与硫酸浓度，更改活化处理参数（如活化液浓度与处理参数）5缩短水洗时间，加强水洗流量6改善剥锡制程，减少铜面残膜7换缸，并杜绝杂质来源8调整，检查自动补给装置9增加负载，以增加反应活性问题可能原因解决措施镍层与底铜附着力不良（甩镍）1铜面有绿油或绿油残渣2铜面氧化物清除不足3微蚀后或活化后因水洗时间太久而钝化1加强绿油显影后清洗；或沉几金前另外进行De-Scum微蚀或浮石粉之喷洁处理；2加强前处理，如磨刷、清洁剂、或微蚀等；3缩短水洗时间，增加水洗之流量。金层与镍层之间附着力不良（甩金）1金缸中铜含量太高（不能超过5PPM）或太多有机杂质2沉镍后，沉金前水洗时间太长造成镍面钝化1