原创 多层印制线路板沉金工艺控制浅析

 

随着表面贴装技术飞速发展，对印制板表面平整性要求也越来越高，这直接导致了沉金工艺在近几年的飞速发展。现就本人经验，浅析沉金工艺的控制方法。
　　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，控制在要求范围内。较重要的比如：微蚀速率应控制在“25U—40U”，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Ni2+(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Ni2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℃。PH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S2，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 来源:www.pcbzpw.cn/pcbzl/
　　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（30~50PSI），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 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　　　　　　　改善方法
　　　　　重金属的污染　　减少杂质来源
　　　　　稳定剂过量　　　检查维护方法,必要时进行改善
　　　　　搅拌太激烈　　　均匀搅拌,检查泵的出口
　　　　　铜活化不恰当　　检

查活化工艺
　　故障2：搭桥：在线之间也镀上化学镍
　　　　　原因　　　　　　　　　　　　　改善方法
　　　　　用钯活化剂活化时间太长　　　　缩短活化时间
　　　　　活化剂里钯浓度太高　　　　　　稀释活化剂,调节盐酸浓度
　　　　　活化剂里盐酸浓度太低　　　　　调节盐酸浓度
　　　　　化学镍太活泼　　　　　　　　　调节操作条件.
　　　　　铜与线之间没有完全被微蚀　　　改善微蚀,微蚀时间稍长会更有利
　　故障3：金太薄
　　　　　原因　　　　　　　　改善方法
　　　　　浸金的温度太低　　　检查后加以改善
　　　　　浸金的时间太短　　　延长浸金时间
　　　　　金的PH值超过范围　 检查后加以改善
　　故障4：线路板变形
　　　　　原因　　　　　　　　　　　　改善方法
　　　　　化学镍或浸金的温度太高.　　　降低温度
　　故障5：可焊性差　
　　　　　原因　　　　　　　　　　　　　改善方法：
　　　　　金的厚度不正确　　　　　　　　金的最佳厚度是:0.05~0.1UM5.2
　　　　　化学镍或浸金工艺带来的杂质
　　　　　工艺本身没有错误　　　　　　　来自于设备和操作者的原因
　　　　　线路板存放不恰当　　　　　　　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
　　　　　最后一道水洗的效果不好参看　　更换水,增加水流速度
　　故障6：金层不均
　　　　　原因　　　　　　　改善方法
　　　　　1、转移时间太长　　　优化水洗并缩短转移时间
　　　　　2、镀液老化或受污染　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,首先进行试验化学镍重新开始
　　　　　3、金浓度太低　　　　浸金工艺中,来自于设备的有机杂质
　　故障7：铜上面镍的结合力差
　　　　　原因　　　　　改善方法
　　　　　微蚀不充分　　延长微蚀时间或提高温度
　　　　　活化时间太长　减少活化时间
　　　　　活化时间太高　降低温度
　　　　　水洗不充分　　优化水洗条件
　　故障8：金层外观灰暗
　　　　　原因　　　　改善方法：
　　　　　镍层灰暗　　缩短微蚀时间性或降低温度
　　　　　金太厚　　　降低浸金温度缩短浸金时间
　　故障9：镀层粗糙
　　　　　原因　　　　　　　　　　改善方法
　　　　　化学镍溶液不稳定　　　　调节温度
　　　　　化学镍溶液中有固体颗粒　减少杂质来源,改善过滤
　　故障10

：微蚀不均匀
　　　　　原因　　　　　　　　　　改善方法
　　　　　清洗不充分　　　　　　　增加在清洗剂里的时间或添加清洗剂
　　　　　清洗剂老化或含有杂质　　更换清洗剂.
　　　　　微蚀液老化(大于30G/L)　   更换,微蚀
　　　　　过腐蚀                                     缩短腐蚀时间 　　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品质。