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1、多层印制线路板沉金工艺控制简述多层印制线路板沉金工艺控制简述 一、 工艺简介沉金工艺之目的的是在印制线路表面上沉积颜色稳定，光亮度好，镀层平整，可焊性良好的镍金镀层。基本可分为四个阶段：前处理（除油，微蚀，活化、后浸），沉镍，沉金，后处理（废金水洗，DI 水洗，烘干）。二、 前处理沉金前处理一般有以下几个步骤：除油（30%AD-482），微蚀（60g/InaPS,2%H2SO4）,活化（10%Act-354-2），后浸（1%H2S04）。以除去铜面氧化物，并在铜面沉钯，以作沉镍活化中心。其中某个环节处理不好，将会影响随后的沉镍和沉金，并导致批量性的报废。生产过程中，各种药水必须定期分析和补加，
2、控制在要求范围内。较重要的比如：微蚀速率应控制在“25U40U”，活化药水铜含量大于 800PPM 时必须开新缸，药水缸的清洁保养对联 PCB 的品质影响也较大，除油缸，微蚀缸，后浸缸应每周换缸，各水洗缸也应每周清洗。三、 沉镍沉镍药水的主要成分为 Ni+(5.1-5.8g/1)和还原剂次磷酸钠（25-30g/1）以及稳定剂，由于化学镍对药水成分范围要求比较严格，在生产过程中必须每班分析化验两次，并依生产板的裸铜面积或经验补加 Ni还原剂，补加料时，应遵循少量，分散多次补料的原则，以防止局部镀液反应剧烈，导致镀液加速老化，PH 值，镀液温度对镍厚影响比较大，镍药水温度抄袭控制在 85-90。P
3、H 在 5.3-5.7,镍缸 不生产时，应将镍缸温度降低至 70左右，以减缓镀液老化，化学镍镀液对杂质比较敏感，很多化学成分对化学镍有害，可分为以下几类：抑制剂：包括 Pb.Sn.Hg.Ti.Bi(低熔点的重金属)，有机杂质包括 S，硝酸及阴离子润湿剂。所有这些物质都会降低活性，导致化学镀速度降低并漏镀，严惩时，会导致化学镀镍工艺完全停止。有机杂质：包括：除以上所提到的有机的稳定剂以外，还有塑料剂以及来自于设备和焊锡的杂质。尽管可通过连续镀清除一部分杂质，但不能完全清除。不稳定剂：包括 Pd 和少量的铜，这两种成分造在化学镍不稳定，使镀层粗糙，而且过多地镀在槽壁及加热器上。固体杂质：包括硫酸钙
4、或磷酸钙及其它不溶性物质沉入或带入溶液。过滤可清除固体颗粒。总之：在生产过程中要采取有效措施减少此类杂质混入镀液。四、沉金沉金过程是一种浸金工艺，沉金缸的主要成分；Au(1.5-3.5g/l),结合剂为（Ec0.06-0.16mol/L），能在镍磷合金层上置换出纯金镀怪，使得镀层平滑，结晶细致，镀液 PH 值一般在 4-5 之间，控制温度为 85-90。五、后处理沉金后处理也是一个重要环节，对印制线路板来说，一般包括：废金水洗，DI 水洗，烘干等步骤，有条件的话可以用水平洗板积对沉金板进行进一步洗板，烘干。水平面洗板机可按药水洗（硫酸 10%，双氧水 30g/L），高压 DI 水洗（3050P
5、SI），DI 水洗，吹干，烘干顺序设置流程，以彻底除去印制线路板孔内及表面药水和水渍，而得到镀层均匀，光亮度好的沉金板。六、生产过程中的控制在沉镍金生产过程中经常出现的问题，常常是镀液成分失衡，添加剂品质欠佳及镀液杂志含量超标，防止和改善此问题，对工艺控制起到很大的作用，现将生产过程中应注意的因素有以下几种：1） 、化学镍金工艺流程中，因为有小孔，每一步之间的水洗是必需的，应特别注意。2） 、微蚀剂与钯活化剂之间微蚀以后，铜容易褪色，严重时使钯镀层不均匀，从而导致镍层发生故障，如果线路板水洗不好，来自于微蚀的氧化剂会阻止钯的沉积，结果影响沉金的效果，从而影响板的品质。3）、钯活化剂与化学镍之间
6、钯在化学镍工艺中是最危险的杂质，极微量的钯都会使槽液自然分解。尽钯的浓度很低，但进入化学镀槽前也应好好水洗，建议采用有空气搅拌的两道水洗。4）、化学镍与浸金之间在这两步之间，转移时间则容易使镍层钝化，导致浸金不均匀及结合力差。这样容易造成甩金现锡。5）、浸金后为保持可焊性及延展性，镀金后充分水洗（最后一道水洗最好用蒸馏水），并完全干燥，特别是完全干燥孔内。6）、沉镍缸 PH，温度沉镍缸要升高 PH，用小于 50%氨水调节，降低 PH，用 10%V/V 硫酸调节。所有添加都要慢慢注入，连续搅拌。PH 值测量应在充分搅拌时进行，以确保均衡的镀液浓度。温度越高，镀速越快。当镀厚层时，低温用来减慢针出
7、现。不操作时，不要把温度保持在操作温度，这会导致还原剂和稳定剂成分分解见下表：故障 1：漏镀：在线路板边缘化学镍薄或没有镀上化学镍原因：1.1 重金属的污染.1.2 稳定剂过量 1.3 搅拌太激烈 1.4 铜活化不恰当改善方法：1.1 减少杂质来源 1.2 检查维护方法,必要时进行改善 1.3 均匀搅拌,检查泵的出口 1.4检查活化工艺故障 2：搭桥：在线之间也镀上化学镍原因：2.1 用钯活化剂活化时间太长 2.2 活化剂里钯浓度太高.2.3 活化剂里盐酸浓度太低 2.4化学镍太活泼 2.5 铜与线之间没有完全被微蚀 2.6 水洗不充分改善方法：2.1 缩短活化时间 2.2 稀释活化剂,调节盐
8、酸浓度 2.3 调节盐酸浓度 2.4 调节操作条件.2.5 改善微蚀,微蚀时间稍长会更有利故障 3：3、金太薄原因：3.1 浸金的温度太低.3.2 浸金的时间太短.3.3 金的 PH 值超过范围改善方法：3.1 检查后加以改善 3.2 延长浸金时间 3.3 检查后加以改善故障 4：4、线路板变形原因：4.1 化学镍或浸金的温度太高.改善方法：4.1 降低温度.故障 5：5、可焊性差原因：5.1 金的厚度不正确 5.2 化学镍或浸金工艺带来的杂质 5.3 工艺本身没有错误 5.4 线路板存放不恰当 5.5 最后一道水洗的效果不好.改善方法：5.1 金的最佳厚度是:0.050.1UM5.2 参看
9、1.15.3 来自于设备和操作者的原因 5.4 线路板应存放在干燥凉爽的地方,最好放于密闭的塑料袋里 5.5 更换水,增加水流速度 故障 6：6、金层不均原因：6.1 转移时间太长.6.2 镀液老化或受污染.6.3 金浓度太低.6.4 浸金工艺中,来自于设备的有机杂质改善方法：6.1 优化水洗并缩短转移时间.6.2 化学镍重新开始 6.3 检查后加以改善,检查槽及过滤器,原材料是否合适,并应在使用前滤洗,简单碳处理恢复浸金工艺,首先进行试验故障 7：7、铜上面镍的结合力差原因：7.1 微蚀不充分 7.2 活化时间太长.7.3 活化时间太高.7.4 水洗不充分改善方法：7.1 延长微蚀时间或提高
10、温度.7.2 减少活化时间.7.3 降低温度 7.4 优化水洗条件故障 8：8、金层外观灰暗原因：8.1 镍层灰暗 8.2 金太厚改善方法：8.1 缩短微蚀时间性或降低温度 8.2 降低浸金温度缩短浸金时间故障 9：9、镀层粗糙原因：9.1 化学镍溶液不稳定 9.2 化学镍溶液中有固体颗粒改善方法：9.1 调节温度 9.2 减少杂质来源,改善过滤故障 10：10、微蚀不均匀原因：10.1 清洗不充分 10.2 清洗剂老化或含有杂质 10.3 微蚀液老化(大于 30G/L)10.4 过腐蚀改善方法：10.1 增加在清洗剂里的时间或添加清洗剂.10.2 更换清洗剂.10.3 更换,微蚀 10.4缩
11、短腐蚀时间七、问题与改善现将一些较典型沉金问题成因及解决方法列入上表 1，以供参考：八、注意事项：在沉金的过程中，员工操作时应注意安全，穿戴好防护服，防护镜，而且必须采用通风设备，于泄露液，应用抹布，毛巾或其它吸水性材料吸收泄露液，置于衬塑料的容器中，以回收金，将溶液存放于衬塑料的桶中以回收金。结论印制线路板沉金品质问题，应考虑整个沉金工艺的控制，包括沉前表面处理，沉镍，沉金，及沉金后处理。在沉金工序中，应讨论沉金量，沉金液，添加剂配方，成分之素质等等，对生产工艺的要求越来越高，一些传统的工艺控制方法已不能满足品质的要求，线路板公司应不断探索先进工艺，严格控制所有参数，加强管理才能不断改善产品
12、品质。 PCB 板化镍金工艺控制板化镍金工艺控制一、除油槽一般情况，沉镍金采用酸性除油剂来处理制板，其作用在于去除铜面之轻度油脂及氧化 物，达到铜面清洁及增加润湿的效果，它应当具备不伤材料，低泡型易水洗的特点，后以 二级市水洗或三级水洗更佳。二、微蚀槽目的在于清洁铜面氧化及前工序遗留残渣，保持铜面新鲜及增加化学镍层的密着性，常 用微蚀液为酸性 SPS 溶液。沉镍金生产也有使用双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液。由于铜离 子对微蚀速率影响较大，通常须将铜离子的浓度控制在 5-25G/L，以保证微蚀速率处于 0。5-1。5UM，生产过程中，换槽时往往保留 1/5-1/3 槽旧液，以保持一事实上的铜离子浓
13、度，也有使用少量氯离子加强微蚀效果。另外，由于带出的微蚀残液，会导致铜面在水洗过程中迅速氧化，所以微蚀后水持和流 量以及浸泡时间都须特别考虑，否则，预浸槽会产生太多的铜离子，继而影响钯槽寿命， 在条件允许的情况下，微蚀水洗后，再加入 5%左右的硫酸浸洗后进入预浸槽。三、预浸槽预浸槽在制程中没有特别的作用，只是维持活化槽的酸度以及使铜面在新鲜状态（无氧化）下，进入活化槽。理想的预浸槽除了钯之外，其它浓度与活化槽一致，实际上，一般 硫酸钯活化系列采用硫酸作预浸剂，盐酸钯活化系列采用盐酸作预浸剂，也有使用氨盐作 预浸剂（PH 值另外调节） ，否则，活化制程失去保护会造成钯离子活化液局部水解沉淀。四、
14、活化槽活化的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，其形成过程则为钯 与铜的化学置换反应。从置换的反应来看，钯与铜的反应速度会越来越慢，当钯将铜完全 覆盖后（不考虑浸镀的疏孔性）,置换反应会停止，但实际生产中，不可能也不必要将铜面 彻底活化， （将铜面完全覆盖） ，从成本上讲，这会使钯的消耗大幅上升，更重要的是，这 样容易造成渗镀等严重品质问题。由于钯的本身特性，活化槽存在着不稳定这一因素，槽液中会产生细微的钯颗粒，这些 颗粒不但会沉积在板的 PAD 上，而且沉积在基材、板面及槽壁上，当其累计到一定程度， 就可能造成板渗镀及槽壁发黑等现象。影响钯槽稳定性的主要因素除了药水系列不同
15、之外，钯槽控制温度和钯离子浓度则是首 要考虑的问题。温度越低，钯离子浓度越低，越有利于钯槽的控制，但不能太低，否则会 影响活化效果，引起漏镀发生，温度在 20-30 度，钯离子在 20-40PPM。在正常情况下，活 化常出的钯离子残液体，在二级水洗过程中可以被洗干净，吸附在基材上的微量元素，在 镍槽中不足以导致渗镀的出现，另一方面，如果说不正常因素导致基材吸附大量活化残液， 并不是硫酸或盐酸能将其洗去，只能从根本上去调整钯槽或镍槽，增加后浸及水洗，其作 用是避免水中钯含量太多而影响镍槽。需要留意的是，水洗槽中少量的钯带入镍槽，不会对镍槽造成太大的影响，所以不必太 在意活化后水洗时间太短。一般情
16、况下，二级水洗的时间控制在 1-3 分钟为佳，最重要的 是活化后水洗不可使用超声波装置，否则，不但导致大面积漏镀，而且渗镀问题依然存在。五、沉镍槽化学沉镍是通过钯的催化作用下，NAH2PO2 水解生成原子态 H，同时 H 原子在钯催化 条件下，将镍离子还原为单质镍而沉积在裸铜面上。作为沉镍，其本身也具备催化能力， 由于其催化能力劣于钯晶体，所以反应初期主要是钯的催化作用在进行，当镍的沉积将钯 晶体完全覆盖时，如果镍槽活性不足，化学沉积就会停止，于是漏镀问题就产生了，这种 漏镀与镍缸活性严重不足所产生的漏镀不同，前者因已沉积大约 20 微英寸的薄镍，因而漏 镀位在沉金后呈现白色粗糙金面，而后者根本无化学镍的沉积，外观至发黑的铜色。从化学镍沉积的反应看出，在金属沉积的同时，伴随着单质磷的析出，而且随着 PH 值 的升高，镍的沉积速度加快的同时，磷的析出速度减慢，结果则是镍磷合金的 P 含量降低。 反之。随着 PH 值的降低，镍磷合金的 P 含量升高。沉镍中，磷的含量一般在 7-11%之间 变化，镍磷合金的抗蚀性能优于电镀镍，其硬度也比电镀镍高。在化沉镍的酸性镀液中，
