多层印制线路板沉金工艺控制浅析

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欢迎访问e展厅 展厅 13 PCB/其它元器件展厅 PCB线路板, IGBT模块, PIM功率模块, 可控硅模块, 红外线接收头, ... 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 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：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:0.05~0.1UM5.2参看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。 (end)

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