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、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）。、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°C-90°C。PH在5.3-5.7，镍缸不生产时，应将镍缸温度降低至70C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°C-90°C。五、后处理沉金后处理也是个重要环节，对f•印制U线路彳板来《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，连续搅半。PH值测量应在充分!搅半时进行，以确保均衡的镀液浓度。温度越高，镀速越，决。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4R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。PCB板化镣金工艺控制一、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、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，当PH小于3时，化学镍沉积的反应就会停止，而当PH大于6时，镀液很容易产生NI（OH）2沉淀，所以，一般情况下，PH值控制在4.5-5.2之间，由于镍沉积过程产生氢离子（每个镍原子沉积的同时释放4个氢离子），所以生产过程中PH的变化是很快的，必须不断添加碱性药液来维持PH值的平衡。通常情况下，氨水和氢氧化钠都可以用于生产维持PH值的控制，两者在自动补药方面差别不大，但在手动补药时就应特别注意，加入氨水时，可以观察到蓝色镍氨络离子出现，随即扩散时蓝色消失，说明氨水对化学镍是良好的PH调整剂，在加入NAOH时，槽液立即出现白色氢氧化镍沉淀粉未析出，随着药水扩散，白色粉未在槽液的酸性环境下缓慢溶解，所以，当使用氢氧化钠作为化学镍的PH调整剂时，其配制浓度不能太高，加药时应缓慢加入，否则会产生絮状粉未，当溶解过程未彻底完成前，絮状粉未就会出现镍的沉积，必须将槽液过滤干净后，才可重新生产。在化学镍沉积的同时，会产生亚磷酸盐的副产物，随着生产的进行，亚磷酸盐浓度会越来越高，于是反应速度受生成物浓度的长高而抑制，所以镍槽寿命未期与初期的沉积速度相差1/3则为正常现象，但此先天不足采用调整反应物浓度方式予以弥补，开缸初期镍离子浓度控制在4.6g/l，随着MTO的增加镍离子浓度控制值随之提高，直至5.0G/L停止，以维持析出速度及磷含量的稳定，以确保镀层品质。影响镍槽活性最重要的因素是稳定剂的含量，常用的稳定剂是PB（CH3COO）2或硫脲。也有两种同时使用的，稳定剂的作用是控制化学沉镍的选择性，适量的稳定剂可以使活化后的铜面发生良好的镍沉积，而基材或绿油部分则不产生化学沉积，当稳定剂含量偏低时，化学沉镍的选择性变差，产品表面稍有活性的部分都发生镍沉积，于是渗漏问题就发生了，稳定剂含量偏高时，化学沉积的选择性太强，产品漏铜面只有活化效果很好的铜位才发生镍沉积，于是部分PAD位出现漏镀的现象。镀覆产品的装载量（以裸铜面积计）应适中，以0.2-0.5平方厘米/L为宜，负载太大会导致镍槽活性慢慢升高，甚至导致反应失控，负载太低会导致镍槽活性慢慢降低，造成漏镀问题，在批量生产过程中，负载尽可能保持一致，避免空槽或负载波动太大的现象，否则，控制镍槽活性的各参数范围就会变得很窄，很容易发生品质问题。镍层的厚度与镀镍时间呈线性关系，一般情况下，200微英寸镍层厚度需镀镍时间28分钟，150微英寸镍层厚度需镀镍时间21分钟左右，由于不同制板所须的活性不同，可考虑采用不同活化时间。六、沉金槽置换反应形式的浸金薄层，通常30分钟可达到极限厚度，由于镀液金的含量很低，一般为0.8-2G/L，溶液的扩散速度影响到大面积PAD位与小面积PAD沉积厚度的关异，一般来说，独立位小PAD位要比大面积PAD位金厚高100%也属于正常现象。金槽容积越大越好，不但金浓度变化小而有利于金厚控制，而且可以延长换槽周期。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殊考虑，否则，预浸槽会产生太多的铜离子，继而影响钯槽寿命，在条件答应的情况下，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殊的作用，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、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，这样轻易造成渗镀等严峻品质问题。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，假如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。需要注意的是，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，当PH小于3时，化学镍沉积的反应就会停止，而当PH大于6时，镀液很容易产生NI（OH）2沉淀，所以，一般情况下，PH值控制在4.5-5.2之间，由于镍沉积过程产生氢离子（每个镍原子沉积的同时释放...•次有次•在化沉镍的酸性镀液中，当PH小于3时，化学镍沉积的反应就会停止，而当PH大于6时，镀液很容易产生NI（OH）2沉淀，所以，一般情况下，PH值控制在4.5-5.2之间，由于镍沉积过程产生氢离子（每个镍原子沉积的同时释放4个氢离子），所以生产过程中PH的变化是很快的，必须不断添加碱性药液来维持PH值的平衡。通常情况下，氨水和氢氧化钠都可以用于生产维持PH值的控制，两者在自动补药方面差别不大，但在手动补药时就应特别注重，加入氨水时，可以观察到蓝色镍氨络离子出现，随即扩散时蓝色消失，说明氨水对化学镍是良好的PH调整剂，在加入NAOH时，槽液立刻出现白色氢氧化镍沉淀粉未析出，随着药水扩散，白色粉未在槽液的酸性环境下缓慢溶解，所以，当使用氢氧化钠作为化