印制電路板用化學(xué)鍍鎳金工藝探討(一)

以下內(nèi)容含錯誤標(biāo)記
<P >[摘要] 本文在簡單介紹印制板化學(xué)鍍鎳金工藝原理的基礎(chǔ)上，對化學(xué)鎳金之工藝流程、化學(xué)鎳金之工藝控制、化學(xué)鎳金之可焊性控制及工序常見問題分析進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。<o:p></o:p></P><P >[關(guān)鍵詞] 印制電路板，化學(xué)鎳金，工藝<o:p></o:p></P><P >1 前言<o:p></o:p></P><P >在一個印制電路板的制造工藝流程中，產(chǎn)品最終之表面可焊性處理，對最終產(chǎn)品的裝配和使用起著至關(guān)重要的作用。</P><P >綜觀當(dāng)今國內(nèi)外，針對印制電路板最終表面可焊性涂覆表面處理的方式，主要包括以下幾種：Electroless Nickel and Imme<a href="http://www.3532n.com/tags/rs/" target="_blank"><u>rs</u></a>ion Gold</P><P >（1）熱風(fēng)整平；</P><P >（2）有機(jī)可焊性保護(hù)劑；</P><P >（3）化學(xué)沉鎳浸金；</P><P >（4）化學(xué)鍍銀；</P><P >（5）化學(xué)浸錫；</P><P >（6）錫 / 鉛再流化處理；</P><P >（7）電鍍鎳金；</P><P >（8）化學(xué)沉鈀。</P><P >其中，熱風(fēng)整平是自阻焊膜于裸銅板上進(jìn)行制作之制造工藝（SMOBC）采用以來，迄今為止使用最為廣泛的成品印制電路板最終表面可焊性涂覆處理方式。</P><P >對一個裝配者來說，也許最重要的是容易進(jìn)行<a target="_blank"><u>元器件</u></a>的集成。任何新印制電路板表面可焊性處理方式應(yīng)當(dāng)能擔(dān)當(dāng)N次插拔之重任。除了集成容易之外，裝配者對待處理印制電路板的表面平坦性也非常敏感。與熱風(fēng)整平制程所加工焊墊之較惡劣平坦度有關(guān)的漏印數(shù)量，是改變此種表面可焊性涂覆處理方式的原因之一。</P><P >鍍鎳/金早在70年代就應(yīng)用在印制板上。電鍍鎳/金特別是閃鍍金、鍍厚金、插頭鍍耐磨的Au-Co 、Au-Ni等合金至今仍一直在帶按鍵通訊設(shè)備、壓焊的印制板上應(yīng)用著。但它需要“工藝導(dǎo)線”達(dá)到互連，受高密度印制板SMT安裝限制。90年代，由于化學(xué)鍍鎳/金技術(shù)的突破，加上印制板要求導(dǎo)線微細(xì)化、小孔徑化等，而化學(xué)鍍鎳/金，它具有鍍層平坦、接觸<a target="_blank"><u>電阻</u></a>低、可焊性好，且有一定耐磨等優(yōu)點，特別適合打線（Wire Bonding）工藝的印制板，成為不可缺少的鍍層。但化學(xué)鍍鎳/金有工序多、返工困難、生產(chǎn)效率低、成本高、廢液難處理等缺點。</P><P >銅面有機(jī)防氧化膜處理技術(shù)，是采用一種銅面有機(jī)保焊劑在印制板表面形成之涂層與表面金屬銅產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，形成有機(jī)物-金屬鍵，使銅面生成耐熱、可焊、抗氧化之保護(hù)層。目前，其在印制板表面涂層也占有一席之地，但此保護(hù)膜薄易劃傷，又不導(dǎo)電，且存在下道測試檢驗困難等缺點。</P><P >目前，隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，印制板也朝著三無產(chǎn)品（無鉛、無溴、無氯）的方向邁進(jìn)，今后采用化學(xué)浸錫表面涂覆技術(shù)的廠家會越來越多，因其具有優(yōu)良的多重焊接性、很高的表面平整度、較低的熱應(yīng)力、簡易的制程、較好的操作安全性和較低的維護(hù)費。但其所形成之錫表面的耐低溫性（-55℃）尚待進(jìn)一步證實。</P><P >隨著SMT技術(shù)之迅速發(fā)展，對印制板表面平整度的要求會越來越高，化學(xué)鍍鎳/金、銅面有機(jī)防氧化膜處理技術(shù)、化學(xué)浸錫技術(shù)的采用，今后所占比例將逐年提高。本文將著重介紹化學(xué)鍍鎳金技術(shù)。</P><P > <o:p></o:p></P><P >2 化學(xué)鍍鎳金工藝原理<o:p></o:p></P><P >化學(xué)鍍鎳金最早應(yīng)用于五金電鍍的表面處理，后來以次磷酸鈉（NaH<SUB>2</SUB>PO<SUB>2</SUB>）為還原劑的酸性鍍液，逐漸運(yùn)用于印制板業(yè)界。我國港臺地區(qū)起步較早，而大陸則較晚，于1996年前后才開始化學(xué)鍍鎳金的批量生產(chǎn)。</P><P ><B >2.1 </B><B >化學(xué)鍍鎳金之催化原理<o:p></o:p></B></P><P >作為化學(xué)鎳的沉積，必須在催化狀態(tài)下，才能發(fā)生選擇性沉積。銅原子由于不具備化學(xué)鎳沉積的催化晶種的特性，所以需通過置換反應(yīng)，使銅面沉積所需要的催化晶種。<o:p></o:p></P><P > （1）鈀活化劑</P><P >Pd<SUP>2+</SUP> + Cu → Pd + Cu<SUP>2+</SUP></P><P > （2）釕活化劑</P><P >Ru<SUP>2+</SUP> + Cu → Ru + Cu<SUP>2+</SUP></P><P align=left><B >2.2 化學(xué)鍍鎳原理<o:p></o:p></B></P><P >化學(xué)鍍鎳是借助次磷酸鈉（NaH<SUB>2</SUB>PO<SUB>2</SUB>）在高溫下（85~100℃），使Ni<SUP>2+ </SUP>在催化表面還原為金屬，這種新生的Ni 成了繼續(xù)推動反應(yīng)進(jìn)行的催化劑，只要溶液中的各種因素得到控制和補(bǔ)充，便可得到任意厚度的鎳鍍層。完成反應(yīng)不需外加<a target="_blank"><u>電源</u></a>。</P><P >以次磷酸鈉為還原劑的酸性化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)比較復(fù)雜，以下列四個反應(yīng)加以說明：</P><P >H<SUB>2</SUB>PO<SUB>2</SUB><SUP>—</SUP> + H<SUB>2</SUB>O → H <SUP>+ </SUP> + HPO<SUB>3</SUB><SUP>2</SUP><SUP>—</SUP> + 2 H </P><P >Ni<SUP>2+ </SUP> + 2 H → Ni + 2 H <SUP>+</SUP></P><P >H<SUB>2</SUB>PO<SUB>2</SUB><SUP>— </SUP>+ H → H<SUB>2</SUB>O + OH<SUP>—</SUP> + P</P><P >H<SUB>2</SUB>PO<SUB>2</SUB><SUP>—</SUP> + H<SUB>2</SUB>O → H <SUP>+ </SUP> + HPO<SUB>3</SUB><SUP>2</SUP><SUP>—</SUP> + H<SUB>2</SUB></P><P >由上可見，在催化條件下，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生鎳沉積的同時，不但伴隨著磷（P）的析出，而且產(chǎn)生氫氣（H<SUB>2</SUB>）的逸出。</P><P >另外，化學(xué)鍍鎳層的厚度一般控制在4~5μm，其作用同金手指電鍍鎳一樣，不但對銅面進(jìn)行有效保護(hù)，防止銅的遷移，而且具備一定的硬度和耐磨性能，同時擁有良好的平整度。 </P><P >在鍍件浸金保護(hù)后，不但可以取代拔插不頻繁的金手指用途（如<a href="http://www.3532n.com/v/tag/1247/" target="_blank"><u>電腦</u></a>內(nèi)存條），同時還可以避免金手指附近連接導(dǎo)電線處斜邊時所遺留之裸銅切口。</P><P ><B >2.3 浸金原理<o:p></o:p></B></P><P >鎳面上浸金是一種置換反應(yīng)。當(dāng)鎳浸入含Au（CN）<SUB>2</SUB><SUP>—</SUP>的溶液中，立即受到溶液的浸蝕拋出2個電子，并立即被Au（CN）<SUB>2</SUB><SUP>—</SUP>所捕獲而迅速在鎳上析出Au：<o:p></o:p></P><P >2 Au（CN）<SUB>2</SUB><SUP>— </SUP>+ Ni → 2 Au + Ni<SUP>2+ </SUP>+ 4 CN <SUP>—</SUP><o:p></o:p></P><P >浸金層的厚度一般在0.03~0.1μm之間，但最多不超過0.15μm。其對鎳面具有良好的保護(hù)作用，而且具備很好的接觸導(dǎo)通性能。很多需按鍵接觸的電子器械（如<a target="_blank"><u>手機(jī)</u></a>、電子字典），都采用化學(xué)浸金來保護(hù)鎳面。</P>另外需指出，化學(xué)鍍鎳/金鍍層的焊接性能是由鎳層來體現(xiàn)的，金只是為了保護(hù)鎳的可焊性能而提供的。作為可焊鍍層金的厚度不能太高，否則會產(chǎn)生脆性和焊點不牢的故障，但金層太薄防護(hù)性能變壞。 </TD></TR></TABLE></TD></TR></TABLE>

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[摘要]  本文在簡單介紹印制板化學(xué)鍍鎳金工藝原理的基礎(chǔ)上，對化學(xué)鎳金之工藝流程、化學(xué)鎳金之工藝控制、化學(xué)鎳金之可焊性控制及工序常見問題分析進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。<o:p></o:p>[關(guān)鍵詞]  印制電路板，化學(xué)鎳金，工藝<o:p></o:p>1        前言<o:p></o:p>在一個印制電路板的制造工藝流程中，產(chǎn)品最終之表面可焊性處理，對最終產(chǎn)品的裝配和使用起著至關(guān)重要的作用。綜觀當(dāng)今國內(nèi)外，針對印制電路板最終表面可焊性涂覆表面處理的方式，主要包括以下幾種：Electroless Nickel and Imme<a href="http://www.3532n.com/tags/rs/" target="_blank">rs</a>ion Gold（1）       熱風(fēng)整平；（2）       有機(jī)可焊性保護(hù)劑；（3）       化學(xué)沉鎳浸金；（4）       化學(xué)鍍銀；（5）       化學(xué)浸錫；（6）       錫 / 鉛再流化處理；（7）       電鍍鎳金；（8）       化學(xué)沉鈀。其中，熱風(fēng)整平是自阻焊膜于裸銅板上進(jìn)行制作之制造工藝（SMOBC）采用以來，迄今為止使用最為廣泛的成品印制電路板最終表面可焊性涂覆處理方式。對一個裝配者來說，也許最重要的是容易進(jìn)行<a target="_blank">元器件</a>的集成。任何新印制電路板表面可焊性處理方式應(yīng)當(dāng)能擔(dān)當(dāng)N次插拔之重任。除了集成容易之外，裝配者對待處理印制電路板的表面平坦性也非常敏感。與熱風(fēng)整平制程所加工焊墊之較惡劣平坦度有關(guān)的漏印數(shù)量，是改變此種表面可焊性涂覆處理方式的原因之一。鍍鎳/金早在70年代就應(yīng)用在印制板上。電鍍鎳/金特別是閃鍍金、鍍厚金、插頭鍍耐磨的Au-Co 、Au-Ni等合金至今仍一直在帶按鍵通訊設(shè)備、壓焊的印制板上應(yīng)用著。但它需要“工藝導(dǎo)線”達(dá)到互連，受高密度印制板SMT安裝限制。90年代，由于化學(xué)鍍鎳/金技術(shù)的突破，加上印制板要求導(dǎo)線微細(xì)化、小孔徑化等，而化學(xué)鍍鎳/金，它具有鍍層平坦、接觸<a target="_blank">電阻</a>低、可焊性好，且有一定耐磨等優(yōu)點，特別適合打線（Wire Bonding）工藝的印制板，成為不可缺少的鍍層。但化學(xué)鍍鎳/金有工序多、返工困難、生產(chǎn)效率低、成本高、廢液難處理等缺點。銅面有機(jī)防氧化膜處理技術(shù)，是采用一種銅面有機(jī)保焊劑在印制板表面形成之涂層與表面金屬銅產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，形成有機(jī)物-金屬鍵，使銅面生成耐熱、可焊、抗氧化之保護(hù)層。目前，其在印制板表面涂層也占有一席之地，但此保護(hù)膜薄易劃傷，又不導(dǎo)電，且存在下道測試檢驗困難等缺點。目前，隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，印制板也朝著三無產(chǎn)品（無鉛、無溴、無氯）的方向邁進(jìn)，今后采用化學(xué)浸錫表面涂覆技術(shù)的廠家會越來越多，因其具有優(yōu)良的多重焊接性、很高的表面平整度、較低的熱應(yīng)力、簡易的制程、較好的操作安全性和較低的維護(hù)費。但其所形成之錫表面的耐低溫性（-55℃）尚待進(jìn)一步證實。隨著SMT技術(shù)之迅速發(fā)展，對印制板表面平整度的要求會越來越高，化學(xué)鍍鎳/金、銅面有機(jī)防氧化膜處理技術(shù)、化學(xué)浸錫技術(shù)的采用，今后所占比例將逐年提高。本文將著重介紹化學(xué)鍍鎳金技術(shù)。 <o:p></o:p>2        化學(xué)鍍鎳金工藝原理<o:p></o:p>化學(xué)鍍鎳金最早應(yīng)用于五金電鍍的表面處理，后來以次磷酸鈉（NaH2PO2）為還原劑的酸性鍍液，逐漸運(yùn)用于印制板業(yè)界。我國港臺地區(qū)起步較早，而大陸則較晚，于1996年前后才開始化學(xué)鍍鎳金的批量生產(chǎn)。2.1   化學(xué)鍍鎳金之催化原理<o:p></o:p>作為化學(xué)鎳的沉積，必須在催化狀態(tài)下，才能發(fā)生選擇性沉積。銅原子由于不具備化學(xué)鎳沉積的催化晶種的特性，所以需通過置換反應(yīng)，使銅面沉積所需要的催化晶種。<o:p></o:p>    （1）鈀活化劑Pd2+ + Cu → Pd + Cu2+    （2）釕活化劑Ru2+ + Cu → Ru + Cu2+2.2 化學(xué)鍍鎳原理<o:p></o:p>化學(xué)鍍鎳是借助次磷酸鈉（NaH2PO2）在高溫下（85~100℃），使Ni2+ 在催化表面還原為金屬，這種新生的Ni 成了繼續(xù)推動反應(yīng)進(jìn)行的催化劑，只要溶液中的各種因素得到控制和補(bǔ)充，便可得到任意厚度的鎳鍍層。完成反應(yīng)不需外加<a target="_blank">電源</a>。以次磷酸鈉為還原劑的酸性化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)比較復(fù)雜，以下列四個反應(yīng)加以說明：H2PO2—  + H2O → H + + HPO32— + 2 H                                Ni2+   + 2 H → Ni + 2 H +H2PO2—  + H → H2O + OH—  + PH2PO2—  + H2O → H + + HPO32— + H2由上可見，在催化條件下，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生鎳沉積的同時，不但伴隨著磷（P）的析出，而且產(chǎn)生氫氣（H2）的逸出。另外，化學(xué)鍍鎳層的厚度一般控制在4~5μm，其作用同金手指電鍍鎳一樣，不但對銅面進(jìn)行有效保護(hù)，防止銅的遷移，而且具備一定的硬度和耐磨性能，同時擁有良好的平整度。     在鍍件浸金保護(hù)后，不但可以取代拔插不頻繁的金手指用途（如<a href="http://www.3532n.com/v/tag/1247/" target="_blank">電腦</a>內(nèi)存條），同時還可以避免金手指附近連接導(dǎo)電線處斜邊時所遺留之裸銅切口。2.3 浸金原理<o:p></o:p>鎳面上浸金是一種置換反應(yīng)。當(dāng)鎳浸入含Au（CN）2—的溶液中，立即受到溶液的浸蝕拋出2個電子，并立即被Au（CN）2—所捕獲而迅速在鎳上析出Au：<o:p></o:p>2 Au（CN）2—  +  Ni  → 2 Au + Ni2+  + 4 CN —<o:p></o:p>浸金層的厚度一般在0.03~0.1μm之間，但最多不超過0.15μm。其對鎳面具有良好的保護(hù)作用，而且具備很好的接觸導(dǎo)通性能。很多需按鍵接觸的電子器械（如<a target="_blank">手機(jī)</a>、電子字典），都采用化學(xué)浸金來保護(hù)鎳面。另外需指出，化學(xué)鍍鎳/金鍍層的焊接性能是由鎳層來體現(xiàn)的，金只是為了保護(hù)鎳的可焊性能而提供的。作為可焊鍍層金的厚度不能太高，否則會產(chǎn)生脆性和焊點不牢的故障，但金層太薄防護(hù)性能變壞。   </TD></TR></TABLE></TD></TR></TABLE>

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