PCB板化镍金工艺控制

PCB板化镍金工艺控制2008-10-1418:19PCB板化镍金工艺控制

文章来源：PCB采购网

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。PCB用化学镀镍金工艺探讨2008-10-1418:21

PCB用化学镀镍金工艺探讨(一)

文章来源：毛晓丽

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[摘要]本文在简单介绍印制板化学镀镍金工艺原理的基础上，对化学镍金之工艺流程、化学镍金之工艺控制、化学镍金之可焊性控制及工序常见问题分析进行了较为详细的论述。

[关键词]印制电路板，化学镍金，工艺

1、前言

在一个印制电路板的制造工艺流程中，产品最终之表面可焊性处理，对最终产品的装配和使用起着至关重要的作用。

综观当今国内外，针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式，主要包括以下几种：ElectrolessNickelandImmersionGold

（1）热风整平；

（2）有机可焊性保护剂；

（3）化学沉镍浸金；

（4）化学镀银；

（5）化学浸锡；

（6）锡/铅再流化处理；

（7）电镀镍金；

（8）化学沉钯。

其中，热风整平是自阻焊膜于裸铜板上进行制作之制造工艺（SMOBC）采用以来，迄今为止使用最为广泛的成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方式。

对一个装配者来说，也许最重要的是容易进行元器件的集成。任何新印制电路板表面可焊性处理方式应当能担当N次插拔之重任。除了集成容易之外，装配者对待处理印制电路板的表面平坦性也非常敏感。与热风整平制程所加工焊垫之较恶劣平坦度有关的漏印数量，是改变此种表面可焊性涂覆处理方式的原因之一。

镀镍/金早在70年代就应用在印制板上。电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co、Au-Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。但它需要“工艺导线”达到互连，受高密度印制板SMT安装限制。90年代，由于化学镀镍/金技术的突破，加上印制板要求导线微细化、小孔径化等，而化学镀镍/金，它具有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好，且有一定耐磨等优点，特别适合打线（WireBonding）工艺的印制板，成为不可缺少的镀层。但化学镀镍/金有工序多、返工困难、生产效率低、成本高、废液难处理等缺点。

铜面有机防氧化膜处理技术，是采用一种铜面有机保焊剂在印制板表面形成之涂层与表面金属铜产生络合反应，形成有机物-金属键，使铜面生成耐热、可焊、抗氧化之保护层。目前，其在印制板表面涂层也占有一席之地，但此保护膜薄易划伤，又不导电，且存在下道测试检验困难等缺点。

目前，随着环境保护意识的增强，印制板也朝着三无产品（无铅、无溴、无氯）的方向迈进，今后采用化学浸锡表面涂覆技术的厂家会越来越多，因其具有优良的多重焊接性、很高的表面平整度、较低的热应力、简易的制程、较好的操作安全性和较低的维护费。但其所形成之锡表面的耐低温性（-55℃）尚待进一步证实。

随着SMT技术之迅速发展，对印制板表面平整度的要求会越来越高，化学镀镍/金、铜面有机防氧化膜处理技术、化学浸锡技术的采用，今后所占比例将逐年提高。本文将着重介绍化学镀镍金技术。

2、化学镀镍金工艺原理

化学镀镍金最早应用于五金电镀的表面处理，后来以次磷酸钠（NaH2PO2）为还原剂的酸性镀液，逐渐运用于印制板业界。我国港台地区起步较早，而大陆则较晚，于1996年前后才开始化学镀镍金的批量生产。

2.1化学镀镍金之催化原理

作为化学镍的沉积，必须在催化状态下，才能发生选择性沉积。铜原子由于不具备化学镍沉积的催化晶种的特性，所以需通过置换反应，使铜面沉积所需要的催化晶种。

（1）钯活化剂：Pd2++Cu→Pd+Cu2+

（2）钌活化剂：Ru2++Cu→Ru+Cu2+

2.2化学镀镍原理

化学镀镍是借助次磷酸钠（NaH2PO2）在高温下（85~100℃），使Ni2+在催化表面还原为金属，这种新生的Ni成了继续推动反应进行的催化剂，只要溶液中的各种因素得到控制和补充，便可得到任意厚度的镍镀层。完成反应不需外加电源。

以次磷酸钠为还原剂的酸性化学镀镍的反应比较复杂，以下列四个反应加以说明：

H2PO2—+H2O→H++HPO32—+2H

Ni2+

+2H→Ni+2H+

H2PO2—+H→H2O+OH—+P

H2PO2—+H2O→H++HPO32—+H2

由上可见，在催化条件下，化学反应产生镍沉积的同时，不但伴随着磷（P）的析出，而且产生氢气（H2）的逸出。

另外，化学镀镍层的厚度一般控制在4~5μm，其作用同金手指电镀镍一样，不但对铜面进行有效保护，防止铜的迁移，而且具备一定的硬度和耐磨性能，同时拥有良好的平整度。

在镀件浸金保护后，不但可以取代拔插不频繁的金手指用途（如电脑内存条），同时还可以避免金手指附近连接导电线处斜边时所遗留之裸铜切口。

2.3浸金原理

镍面上浸金是一种置换反应。当镍浸入含Au（CN）2—的溶液中，立即受到溶液的浸蚀抛出2个电子，并立即被Au（CN）2—所捕获而迅速在镍上析出Au：

2Au（CN）2—+Ni→2Au+Ni2++4CN—

浸金层的厚度一般在0.03~0.1μm之间，但最多不超过0.15μm。其对镍面具有良好的保护作用，而且具备很好的接触导通性能。很多需按键接触的电子器械（如手机、电子字典），都采用化学浸金来保护镍面。

另外需指出，化学镀镍/金镀层的焊接性能是由镍层来体现的，金只是为了保护镍的可焊性能而提供的。作为可焊镀层金的厚度不能太高，否则会产生脆性和焊点不牢的故障，但金层太薄防护性能变坏。

PCB用化学镀镍金工艺探讨(二)

文章来源：毛晓丽

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3、化学镀镍金工艺流程

作为化学镀镍金流程，只要具备以下6个工作站就可满足其生产要求：

除油（3~7min）→微蚀（1~2min）→预浸（0.5~1.5min）→活化（2~6min）→沉镍（20~30min）→浸金（7~11min）

3.1安美特（Atotech）公司的化学镀镍金Aurotech工艺流程

Aurotech是安美特公司开发的化学镀镍/金制程的商品名称。适用于制作阻焊膜之后的印制电路板的裸铜区域（一般是焊脚或连接盘的导通孔）进行选择性镀覆的化学法。

Aurotech工艺能在裸露的铜表面和金属化孔内沉积均匀的化学镍/金镀层，即使是高厚径比的小孔也如此。Aurotech还特别用于超细线电路，通过边缘和侧壁的最佳覆盖达到完全抗蚀保护，同热风整平相比较，Aurotech没有特别高的温度，印制板基材不会产生热应力变形。此外，热风整平对通孔拐角处的覆盖较差，而化学镀镍/金却很好。

与有机可焊涂层相比较，除了熔焊性能之外，Aurotech镀层还具有好的搭接焊、接触导通和散热功能。Aurotech的工艺流程及操作参数见表1。

表1Aurotech之工艺流程及操作参数

工序号工序名称

药品名称配制浓度PH值温度处理时间

1酸性清洁剂CupraprosH2SO4（d=1.84）100ml/L10ml/L<135~40°C4~6￠

3级逆流水洗自来水

3~4￠

2微蚀Na2S2O8H2SO4（d=1.84）100g/L20ml/L<125~35°C2~3￠

3级逆流水洗自来水

3~4￠

3预浸H2SO4（d=1.84）50ml/L<122~32°C3~5￠

活化Aurotech-activatorH2SO4（d=1.84）200ml/L50ml/L<123~25°C1~2￠

3级逆流水洗去离子水

3~4￠

4化学镀镍AurotechCNNMod配制液AurotechCNNA补充剂浓NH3水150ml/L60ml/L15~20ml/L4.8~5.382~90°C20~30￠

化学镀镍备用槽

3级逆流水洗去离子水

3~4￠

5化学浸金AurotechSF配制液Aurotech起始液K[Au（CN）2]（Au68.3%）238ml/L2ml/L3g/L4.0~5.072~80°C10~15￠

回收去离子水

1~2￠

2级逆流水洗去离子水

2~3￠

热水洗去离子水

0.5~1￠

烘干

4化学镀镍/金之工艺控制

4.1除油槽：一般情况下，印制板化学镀镍/金采用酸性除油剂来处理待加工印制板，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效果的目的。它应当具备不伤阻焊膜、低泡型及易水洗的特性。

4.2微蚀槽：微蚀的目的，在于清洁铜表面之氧化及前工序遗留残渣，保持铜面新鲜及增加化学镀镍层的密着性。常用的微蚀液为酸性过硫酸钠溶液，参见表1。

4.3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下（无氧化物），进入活化槽。

4.4活化槽：活化的作用，是在铜面析出一层钯，作为化学镀镍起始反应之催化晶核。如前所述，其形成过程为Pd与Cu的化学置换反应。

工艺控制需关心的问题有：钯槽稳定性问题、活化槽硝槽处理问题、增加后浸处理问题和活化后水洗问题。

4.5化学镀镍槽：化学镀镍是通过在Pd的催化作用下，NaH2PO2水解生成原子态H，同时H原子在Pd催化条件下，将Ni2+还原为单质Ni而沉积在裸铜面上的过程。

工艺控制需关心的问题有：磷含量问题、溶液PH值控制问题、镍槽寿命控制问题、溶液活性与稳定剂关系问题、溶液负载量（Loadingfactor）问题、镀镍槽的配制问题、程式选择问题和槽内壁镍层之去除问题。

4.6化学浸金槽

1）金槽之Au络合剂、PH值、SG、温度、浸渍时间要控制好。

在一般情况下，浸金槽的浸渍时间设定在7~11分钟，操作温度控制在80~90℃，可以根据客户的要求，通过调节温度来控制金厚。

2）沉积速率与浸金厚度问题

以励乐公司“RONMERSESMT药水”为例，其沉积速率一般控制在0.05μm/5min，使金层厚度最小为0.03μm，最大为0.12μm，此金层能防止镍底不被氧化。

3）使用寿命问题

由于化学浸金是一个置换式反应过程，随着金不断在镍底基上沉积，其反应速度逐渐下降，因而需注意浸金液的寿命，对于励乐公司“RONMERSESMT药水”体系，大约在3MTO，超过它要及时进行更换。

4）金回收处理问题

为了节省成本，金槽后需加装回收水洗，同时还能减轻对环境的污染。

5化学镀镍/金可焊性控制

5.1金层厚度对可焊性和腐蚀的影响

在化学镀镍/金上，不管是施行锡膏熔焊或随后的波峰焊，由于金层很薄，在高温接触的一瞬间，金迅速与锡形成“界面合金共化物”（如AuSn、AuSn2、AuSn3等）而熔入锡中。故所形成的焊点，实际上是着落在镍表面上，并形成良好的Ni-Sn合金共化物Ni3Sn4，而表现固着强度。换言之，焊接是发生在镍面上，金层只是为了保护镍面，防止其钝化（氧化）。因此，若金层太厚，会使进入焊锡的金量增多，一旦超过3%，焊点将变脆性反而降低其粘接强度。

据资料报导，当浸镀金层厚度达0.1μm时，没有或很少有选择性腐蚀；金层厚度达0.2μm时，镍层发生腐蚀；当金层厚度超过0.3μm时，镍层里发生强烈的不可控制的腐蚀。

5.2镍层中磷含量的影响

化学镀镍层的品质决定于磷含量的大小。磷含量较高时，可焊性好，同时其抗蚀性也好，一般可控制在7~9%。当镍面镀金后，因Ni-Au层Au层薄、疏松、孔隙多，在潮湿的空气中，Ni为负极，Au为正极，由于电子迁移产生化学电池式腐蚀，又称焦凡尼式腐蚀，造成镍面氧化生锈。严重时，还会在第二次波峰焊之后发生潜伏在内的黑色镍锈，导致可焊性劣化与焊点强度不足。原因是Au面上的助焊剂或酸类物质通过孔隙渗入镍层。如果此时镍层中磷含量适当（最佳7%），情况会改善。

5.3镍槽液老化的影响

镍槽反应副产物磷酸钠（根）造成槽液“老化”，污染溶液。镍层中磷含量也随之升高。老化的槽液中，阻焊膜渗出的有机物量增高，沉积速度减慢，镀层可焊性变坏。这就需要更换槽液，一般在金属追加量达4~5MTO时，应更换。

5.4PH值的影响

过高的PH，使镀层中磷含量下降，镀层抗蚀性不良，焊接性变坏。对于安美特公司之Aurotech（酸性）镀镍/金体系，一般要求PH不超过5.3，必要时可通过稀硫酸降低PH。

5.5稳定剂的影响

稳定剂可阻止在阻焊Cu焊垫之间的基材上析出镍。但必须注意，太多时不但减低镍的沉积速度，还会危害到镍面的可焊性。

5.6不适当加工工艺的影响

为了减少Ni/Au所受污染，烘烤型字符印刷应安排在Ni/Au工艺之前。光固型字符油墨不宜稀释，并且也应安排在Ni/Au工艺之前进行。

做好Ni/Au之后，不宜返工，也不宜进行任何酸洗，因为这些做法都会使镍层埋伏下氧化的危险，危及可焊性和焊点强度。

5.7两次焊接的影响

对低档卡板只做一次焊接，一般不会有问题。但如笔记型电脑的主板、手机或PC等高档板，一般需两次焊接。

第一次焊接后，助焊剂残余会浸蚀镍层。第二次焊接的高温会促使氧化甚至变黑，其固有强度变坏，无法通过振动试验。遇到这种情况，只能从槽液管理上入手进行改进，使镀镍层具有更好的抗蚀性能。

6化学镀镍/金与其它表面镍金工艺

化学镀镍/金除了通常所指之化学镀薄金外，应打金线等需求，又派生出化学厚金工艺；出于耐磨导电等性能要求，也派生出化学镀镍金后的电镀厚金工艺；针对HDI板BGA位拉力要求，也派生出选择性沉金工艺。

6.1化学厚金工艺

1）工艺流程

除油?水洗?微蚀?水洗?预浸?活化?水洗?沉镍?水洗?化学薄金?回收?水洗?化学厚金?回收?水洗?干板

2）化学厚金之特点

化学厚金是指在还原条件下，金离子被还原为金单质（还原剂同化学镀薄金），均匀沉积在化学薄金上面，在自催化作用下，达到所需要的厚度。

一般情况下，印制板化学厚金的金厚控制在20μin左右。某些情况下，也有超过30μin金厚的。

3）工艺控制

化学厚金最重要的是成本问题，所以，反应速度的控制尤为重要。络合剂、还原剂、稳定剂以及温度，是影响反应速度的重要因素。

6.2沉金金手指电镀工艺

1）工艺流程

阻焊膜?沉镍金?干板?包胶纸?电镀金?去胶纸

其中，电镀金为如下工艺流程：

酸洗?水洗?刷磨?水洗?活化?水洗?镀金?回收?水洗?干板

2）沉金金手指电镀的特点

沉金金手指这种类型的板，在制作过程中，先将整板的露铜部分，包括金手指部分进行化学镀镍金。然后，单独将金手指按客户要求之厚度进行电镀金。

这种工艺流程简单，性能可靠，既能满足客户元件粘贴要求，又能满足插接性能。

3）工艺控制

包蓝胶纸时，一定要防止药水渗漏，避免金药水污染。此外，电镀厚金前，一定要将被镀表面磨刷干净，否则会引起分层。刷磨时，不可吝啬沉金层的浪费，刷磨效果越好，电镀金层的结合力越牢固。

6.3选择性沉金工艺

1）工艺流程

阻焊膜?干菲林?曝光?显影?干板?沉镍金?褪菲林?干板?有机保焊涂敷

2）选择性沉金的特点

选择性沉金既具有元件粘贴平整的特点，又具有良好的装配焊接性能。同时，针对HDI板BGA位等小型Pad位采用有机保焊涂覆（如Cu106），避免因Pad位太小而造成镍金拉力不足的缺点。而且，选择性沉金的成本低于整板沉金，是一种很有发展潜力的工艺。

3）工艺控制

干菲林是专用于沉镍金的类型，它不但应具有耐高温药液能力，且须具备良好的掩孔能力。由于沉镍金疏孔的局限性，其表面对微蚀药水非常敏感，极易造成镍层腐蚀。所以，在有机保焊涂覆制程中，微蚀率应在保证铜面清洁的前提下，控制的越低越好。能够采用贴红胶纸的制板，最好能象喷锡板那样，贴红胶纸加以保护。

PCB用化学镀镍金工艺探讨(三)

文章来源：毛晓丽

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7、化学镀镍/金常见问题分析

由于化学镍/金制程敏感，化学镍/金板的用途多种多样，且对表观要求极严，因此化学镀镍/金生产中所遇到的问题很多。其中常见的一些问题及解决方法参见下表2。

表2化学镀镍/金常见问题及解决可焊性差

原因：1）金层太厚或太薄；2）沉金后受多次热冲击；3）最终水洗不干净；4）镍槽生产超过6MTO。

解决方法：1）调整参数，使厚度在：0.05~0.15μm；2）出板前用酸及DI水清洗；3）更换水洗槽；4）保持4~5MTO生产量。Ni/Cu结合力差

原因：1）前处理效果差；2）一次加入镍成分太高

解决方法：1）检查微蚀量及更换除油槽；2）用光板拖缸20~30min

Au/Ni结合力差

原因：1）金层腐蚀；2）金槽、镍槽之间水洗PH>8；3）镍面钝化

解决方法：1）升高金槽PH值；2）检查水的质量；3）控制镀镍后沉金前打气及停留时间

漏镀

原因：1）活化时间不足；2）镍槽活性不足

解决方法：1）提高活化时间；2）使用校正液，提高镍槽活性

渗镀

原因：1）蚀刻后残铜；2）活化后镍槽前水洗不足；3）活化剂温度过高；4）钯浓度太高；5）活化时间过长；

6）镍槽活性太强

解决方法：1）反馈前工序解决；2）延时水洗或加大空气搅拌；3）降低温度至控制范围；

4）降低浓度至控制范围；5）降低活化时间；6）适当使用稳定剂

镍厚偏低

原因：1）PH太低；2）温度太低；3）拖缸不足；4）镍槽生产超6MTO

解决方法：1）调高PH值；2）调高温度；3）用光板拖缸20~30min；4）更换镍槽

金厚偏低

原因：1）镍层磷含量高；2）金槽温度太低；3）金槽PH值太高；4）开新槽时起始剂不足

解决方法：1）提高镍槽活性；2）提高温度；3）降低PH值；4）适当加入起始剂化学镍金工艺讲座2008-10-1609:32

您查询的关键词是：金面氧化原因

(/化学镍金工艺讲座.doc)

--------------------------------------------------------------------------------化学镍金工艺讲座

一、概述

化学镍金又叫沉镍金，业界常称为无电镍金(ElectrolessNickelImmersionGold)又称为沉镍浸金.

PCB化学镍金是指在裸铜面上化学镀镍，然后化学浸金的一种可焊性表面涂覆工艺.它既有良好的接触导通性，而且具有良好的装配焊接性能，同时它还可以同其它表面涂覆工艺配合使用.随着日新月异的电子业的民展，化学镍金工艺所显出的作用越来越重要.

二、化学镍金工艺原理

2.1化学镍金催化原理

2.1.1催化

作为化学镍金的沉积，必须在催化状态下，才能发生选择性沉积.Ⅷ族元素及Au等许多金属都可以作为化学镍的催化晶体.铜原子由于不具备化学镍沉积的催化晶种的特性，所以通过置换反应可使铜面沉积所需要的催化晶种.

2.1.2钯活化剂

PCB业界大都使用PdSO4或PdCl2作为化学镍前的活化剂

在活化制程中，其化学反应如下：

Pd2++Cu→Pd+Cu2+

2.2化学镍原理

2.2.1化学镍

在钯(或其它催化晶体)的催化作用下，Ni2+被NaH2PO2还原沉积在裸铜表面.当镍沉积覆盖钯催化晶体时，自催化反应将继续进行，直到达到所需要之镍层厚度.

2.2.2化学反应

在催化条件下，化学反应产生镍沉积的同时，不但伴随着P的析出，而且产生氢气的逸出.

主反应：Ni2++2H2PO2-+2H2O→Ni+2HPO32-+4H++H2↑

副反应：4H2PO2-→2HPO32--+2P+2H2O+H2

2.2.3反应机理

H2PO2-+H2O→H++HPO32-+2H

Ni2++2H→Ni+2H+

H2PO2-+H→H2O+OH-+P

H2PO2-+H2O→H++HPO32-+H2↑

2.2.4作用

化学镍的厚度一般控制在3~5μm，其作用同金手指电镀镍一样，不但对铜面进行有效保护，防止铜的迁移，而且具备一定硬度和耐磨性能，同时拥有良好的平整度.在镀件浸金保护后，不但可以取代拨插不频繁的金手指用途(如计算机内存条)，同时还可以避免金手指附近连接导电处斜边时所遗留裸铜切口.

2.3浸金原理

2.3.1浸金

是指在活性镍表面，通过化学置换反应沉积薄金.

化学反应：

2Au(CN)2-+Ni→2Au+Ni2++4CN-

2.3.2作用

浸金的厚度一般控制在0.05~0.1μm，对镍面具有良好的保护作用，而且具备很好的接触导通性能.很多需按键接触的电子器械(如手机、电子字典)，都采用化学浸金来保护镍面.

三、化学镍金工艺流程

3.1工艺流程简介

作为化学镍金流程，只要具备6个工作站就可满足其生产要求.3~7min

1~2min

0.5~4.5min

2~6min

20~30min

7~11min

除油

微蚀

预浸

活化

沉镍

沉金

3.2工艺控制

3.2.1除油缸

一般情况，PCB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效果的目的.它应当具备不伤SoiderMask(绿油)，低泡型易水洗的特点.

除油缸之后通常为二级市水洗，如果水压不稳定或经常变化，则将逆流水洗设计为三及市水洗更佳.

3.2.2微蚀缸

微蚀的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，常用微蚀液为酸性过硫酸钠溶液.

Na2S2O8：80~120g/L

硫酸：20~50ml/L

沉镍金生产也有使用硫酸双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液来进行的.

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有5~25g/L，以保证微蚀速率处于0.5~1.5μm，生产过程中，换缸时往往保留1/5~1/3缸母液(旧液)，以保持一定的铜离子浓度，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，所以微蚀后水质和流量以及浸泡时间都须特别考虑.否则，预浸缸会产生太多的铜离子，继而影响钯缸寿命.所以，在条件允许的情况下(有足够的排缸)，微蚀后二级逆流水洗之后，再加入5%左右的硫酸浸洗，经二级逆流水洗之后进入预浸缸.

3.2.3预浸缸

预浸缸在制程中没有特别的作用，只是维持活化缸的酸度以及使铜面在新鲜状态(无氧化物)下，进入活化缸.

理想的预浸缸除了Pd之外，其它浓度与活化缸一致.实际上，一般硫酸钯活化系列采用硫酸作预浸剂，盐酸把钯活化系列采用盐酸作预浸剂，也有使用铵盐作预浸剂(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.

3.2.4活化缸

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Pd与Cu的化学置换反应.

从置换反应来看，Pd与Cu的反应速度会越来越慢，当Pd与Cu完全覆盖后(不考虑浸镀的疏孔性)，置换反应即会停止，但实际生产中，人们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Pd的消耗大幅大升.更重要的是，这容易造成渗镀等严重品质问题.

由于Pd的本身特性，活化缸存在着不稳定这一因素，槽液中会产生细微的(5m滤芯根本不可能将其过滤)钯颗粒，这些颗粒不但会沉积在PCB的Pad位上，而且会沉积在基材、绿油以及缸壁上.当其积累到一定程度，就有可能造成PCB渗镀以及缸壁发黑等现象.

影响钯缸稳定性的主要原因除了药水系列不同之外，钯缸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，越有利于钯缸的控制.但不能太低，否则会影响活化效果，引起漏镀发生.

通常情况下，钯缸温度设定在20~30℃，其控制范围应在±1℃，而钯离子浓度则控制在20~40ppm，至于活化效果，则按需要选取适当的时间.

当槽壁及槽底出现灰黑色的沉积物，则需硝槽处理.其过程为：

加入1：1硝酸，启动循环泵2小时以上或直到槽壁灰黑色沉积物完全除去为止.适当时可考虑加热，但不可超过50℃，以免空气污染.

另外，也有人认为活化带出的钯离子残液在水洗过程中会造成水解，从而吸附在基材上引起渗镀，所以，应在活化逆流水洗之后，多加硫酸或盐酸的后浸及逆流水洗的制程.

事实上，正常情况下，活化带出的钯离子残液体，在二级逆流水洗过程中可以被洗干净.吸附在基材上的微量元素，在镍缸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，只能从根源去调整钯缸或镍缸.增加后浸及逆流水洗，其作用只是避免水中Pd含量太多而影响镍缸.

需要留意的是，水洗缸中少量的Pd带入镍缸，并不会对镍缸造成太大的影响，所以不必太在意活化后水洗时间太短，一般情况下，二级水洗总时间控制在1~3min为佳.尤其重要的是，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.

3.2.5沉镍缸

化学沉镍是通过Pd的催化作用下，NaH2PO2水解生成原子态H，同时H原子在Pd催化条件下，将镍离子还原为单质镍而沉积在裸铜面上.

作为化学沉积的金属镍，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，如果镍缸活性不足，化学沉积就会停止，于是漏镀问题就产生了.这种渗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20μ"的薄镍，因而漏镀Pad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，镍磷含金的P含量升高.

化学镍沉积中，磷含量一般在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.

在化学沉镍的酸性镀液中，当PH6时，镀液很容易产生Ni(OH)2沉淀.所以一般情况，生产中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，必须不断添补碱性药液来维持PH值的平衡.

通常情况下，氯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关注.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.在加入氢氧化钠溶液时，槽液立即出现白色氢氧化镍沉淀粉末析出，随着药水扩散，白色粉末在槽液的酸性环境下缓慢溶解.所以，当使用氢氧化钠溶液作为化学镀的PH调整剂时，其配制浓度不能太高，加药时应缓慢加入.否则会产生絮状粉末，当溶解过程未彻底完成前，絮状粉末就会出现镍的沉积，必须将槽液过滤干净后，才可以重新开始生产.

在化学镍沉积的同时，会产生亚磷酸盐(HPO32-)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，所以镍缸寿命末期与初期的沉积速度相差1/3则为正常现象.但此先天不足可采用调整反应物浓度方式予以弥补，开缸初期Ni2+浓度控制在4.60g/L，随着MTO的增加Ni2+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.

影响镍缸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，PCB表面稍有活性的部分都发生镍沉积，于是渗镀问题就发生了.当稳定剂含量偏高时，化学沉积的选择性太强，PCB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PCB的装载量(以裸铜面积计)应适中，以0.2~0.5dm2/L为宜.负载太大会导致镍缸活性逐渐升高，甚至导致反应失控；负载太低会导致镍缸活性逐渐降低，造成漏镀问题.在批量生产过程中，负载应尽可能保持一致，避免空缸或负载波动太大的现象.否则，控制镍缸活性的各参数范围就会变得很窄，很容易导致品质问题发生.

镀液应连续过滤，以除去溶液中的固体杂质.镀液加热时，必须要有空气搅拌和连续循环系统，使被加热的镀液迅速传播.当槽内壁沉积镍层时，应该及时倒缸(将药液移至另一备用缸中进行生产)，然后用25%~50%(V/V)的硝槽进行褪除，适当时可考虑加热,但不可超过50℃.

至于镍缸的操作控制，在温度方面，不同系列沉镍药水其控制范围不同.一般情况下，镍缸操作范围86±5℃，有的药水则控制在81±5℃.在生产中，具体设定根据试板结果来定，不同型号的制板，有可能操作温度不同.通常一个制板的良品操作范围只有±2℃，个别制板也有可能小于±1℃.在浓度控制方面，采用对Ni2+的控制来调节其它组分的含量，当Ni2+浓度低于设定值时，自动补药器开始添加一定数量的药水来弥补所消耗的Ni2+，而其它组分则依据Ni2+添补量按比例同时添加.

镍层的厚度与镀镍时间呈线性关系.一般情况下，200μ"镍层厚度需镀镍时间28min，150μ"镍层百度需镀镍时间21min左右.由于不同的制板所需的活性不同，为减轻镍缸控制的压力(即增大镍缸各参数的控制范围)，可以考虑采用不同的活化时间，例如正常生产Pd缸有一个时间，容易渗镀的制板另设定活化时间.这样一来，则可以组合成六个程序来进行生产.需要留意的是，对于多程序生产，应当遵循一个基本原则，就是所有程序飞巴的起始位置必须保持一致，否则连续生产中切换程序容易造成过多的麻烦.

镍缸的循环量一般设计在5~10turnover(每小时)，布袋式过滤应优先选择考虑.摇摆通常都是前后摆动设计，但对于laser盲孔板，镍缸和金缸设计为上下振动为佳.

3.2.6沉金缸

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Au的含量很低，一般为1~2g/L，溶液的扩散速度影响到大面积Pad位与小面积Pad位沉积厚度的差异.一般来说，独立位小Pad位要比大面积Pad位的金厚度高100%也属正常现象.

对于PCB的沉金，其金面厚度也会因内层分布而相互影响，其个别Pad位也会出较大的差异.

通常情况下，沉金缸的浸镀时间设定在7~11分钟，操作温度一般在80~90℃，可以根据客户的金厚要求，通过调节温度来控制金厚.需要留意的是，金缸容积越大越好，不但其Au浓度变化小而有利于金厚控制，而且可以延长换缸周期.

为了节省成本，金缸之后需加装回收水洗，同时也可减轻对环境的污染.回收缸之后，一般都是逆流水洗.

四、关于生产线的设计

4.1沉镍金自动线

4.1.1排缸

从生产线的角度来看，排缸数量越少越好，一方面可以减少不必要的天车运行距离和时间，另一方面，还可以节省投资成本以及占地空间.

关于排缸的顺序，一般情况应从产能、滴水污染、天车运行及操作方便等几个因素来考虑.镍缸由于保养费时，所以应当排放一备用缸.

对于每天大约3KSF产能的生产线，设计一台天车则可以满足生产，建议排缸顺序如下：

(1)上下料、(2)(3)(4)三级逆流水洗、(5)回收、(6)金缸、(7)(8)二级逆流水洗、(9)(10)双架位镍缸、(11)(12)备用双架位镍缸、(13)(14)二级逆流水洗、(15)活化缸、(16)预浸缸、(17)(18)二级逆流水洗、(19)酸洗缸、(20)(21)二级逆流水洗、(22)微蚀缸、(23)(24)(25)三级逆流水洗、(26)除油缸

对于每天大约4.5KSF产能的生产线，需设计两台天车来满足生产需求，建议排缸顺序如下：

(1)上下料、(2)(3)(4)三级逆流水洗、(5)回收、(6)(7)双架位金缸、(8)(9)二级逆流水洗、(10)(11)(12)三架位镍缸、(13)(14)(15)备用三架位镍缸、(16)除油缸、(17)(18)(19)三级逆流水洗、(20)微蚀缸、(21)(22)二级逆流水洗、(23)酸洗缸、(24)(25)二级逆流水洗、(26)预浸缸、(27)活化缸、(28)(29)二级逆流水洗

对于每天大约6KSF的生产数，只需将三架位镍缸改为四架位镍缸即可.

对于更大产能的生产线，则应考虑将缸的宽度和深度以及长度加大，以提高每架板的挂板数量.

4.1.2挂板设计

关于挂窗尺寸，一般考虑最大板横挂.如18"×24"板则将24"边打横挂入，否则药水在板面滑落时间比横挂增加30%以上.因此，镍缸的有效宽度和有效深度一般为26"×21"左右，其它缸则参考镍缸的挂板空间.

这样的设计，可以避免镍缸太深而导致药水交换不佳等问题.同时小尺寸生产则可以挂两排，以增加产量和弥补镍缸负载的不足.

关于挂具的设计，应最大限度减少挂具在药液中浸泡的面积，降低药水带出以及挂具上沉积镍金的问题.同时，硝挂具一般采用王水，其操作的困难度较大，所以也应考虑保养的方便.

建议使用PP夹板，每个挂具挂板15~20块，每块隔板的厚度以10mm为佳.顶部以316不锈钢定夹板，下边以铁弗龙包胶U型相框来固定挂板.

4.1.3缸体材质

由于镍缸和金缸操作温度在80~90℃，所以缸体不但须耐高温，而且须不易渗漏.所以一般使用316不锈钢做镍缸，缸壁最好采用镜面抛光.金缸一般使用耐热PP或不锈钢内衬铁弗龙.其它缸采用普通PP材质即可.

对于镍缸，如果仅生产单双面板，也可考虑使用耐热PP材质.但对于盲孔板，由于布线复杂，沉镍金生产过程中，线路间有可能出现相互影响而易产生漏镀，所以镍缸操作比单、双面板要高出5℃左右，甚至达到90℃以上.对采用PP材质的镍缸，不可避免产生大量的镍沉积在缸底，给操作带来很多问题.所以，镍缸及其缸内附件，包括加热和打气系统，如果使用不锈钢材质，则能够通过正电保护抑制上镍，不但使用镍缸操作变得容易，而且在成本方面避免不必要的浪费.

4.1.4程序

沉镍金生产，往往不可能只有一两种制板生产.由于每一种制板都有可能需要不同的活性，所以沉镍金生产线，最好有四个以上的程序段，来满足不同的生产需求.

4.2前后处理设备

4.2.1前处理

由于沉镍金生产中"金面颜色不良"问题，通过调整系统活性以及加强微蚀速度等方式，虽然有时会凑效，但常常既费时又费力，而且这些措施很不安全，稍不注意就产生另一种报废.所以，在有条件的情况下，另设计一条水平线作为前处理，通过增加制程来拓宽沉镍金参数范围的控制.

磨刷→水洗→微蚀→水洗→干板

磨刷：

通常采用500-1000#尼龙刷辘，在喷水装态下清洁铜面，以除去绿油工序残留的药液以及轻度的冲板不净剩余残渣.如果绿油工序制程稳定，或出现问题的可能性很小，则磨刷这个制程不需要设计.

微蚀：

通常使用80-120g/L的过硫酸钠与5%的硫酸配制槽液，通过调节温度，使微蚀率控制在1μm左右，它的作用是清洁铜面.去除前工序(主要指绿油)残留在板面的药水渍或严重氧化等铜面杂物，防止沉镍金出现由前工序引起的甩镍、金面颜色不良、渗镀等问题.

需要注意的是，前处理若使用了水平微蚀剂，沉镍金制程中的微蚀缸仍需保留，但微蚀率达到0.5μm即可，否则易造成铜厚不足的问题.

4.2.2后处理

由于沉镍金表面正常情况下光洁度和平整度很好，所以轻微的金面氧化或水渍都会使金面颜色变得很难看.而沉镍金生产线纵然控制到最佳，也只能杜绝金面氧化，对于烘干缸因水珠而遗留的水渍实在是无能为力.

高压水洗机不但可以有效地清洗板面残留药水，防止金面氧化，而且干板过程有风力将水珠吹走，完全避免残留水珠而造成的水渍问题.

也有人在高压水洗机前加一段2%的酸洗段，以洗去因金缸后造成的金面氧化.这也是事后补救的一种可取的方法.因为金面残留的药水在短短的水洗过程中造成金面氧化，那说明它对金面的攻击作用是远远大于2%的盐酸或硫酸，而且水平酸洗过程也不足十秒，之后又有高压水洗和干板，其对于镍金面的影响应该可以忽略不计.但是，有的客户明确提出而且强烈反对沉金板酸洗，那也是没有办法的事，客户是上帝，他不喜欢的事最好别做.

4.3循环过滤泵、加热及打气装置

4.3.1循环过滤泵

为保持槽液有一定的循环效果，除油、微蚀、活化、沉镍、沉金各缸都需要加装循环泵，除镍缸之外以上各缸还需加装过滤器，通过5μm滤芯来过滤槽液.

对于镍缸其循环不但要求均匀，有利于药液扩散和温度扩散，而且不能流速太快而影响化学镍的沉积，通常其循环量6-7turnover为佳.同时镍缸还需过滤，以除去槽液中杂物.由于棉芯容易上镍，所以应首先考虑布袋式过滤系统.关于镍缸的溢流问题，由主缸流入副缸，更有利于药水扩散和温度平衡.

4.3.2加热装置

除油、微蚀、活化、沉镍、沉金各缸都需要加热系统，除镍金之外，均可使用石英或铁弗龙加热器.对于镍缸，最好采用不锈钢加热交换管，且须外接下电保护.因为自动补药器是在副缸加药，所以须留意加药口不可正对副缸中的加热器.

4.3.3打气装置

微蚀和镍缸的主副槽以及各水洗缸都应加装打气系统.生产时通常是除油后第一道水洗、镍缸主槽、及镍缸后水洗处于打气关闭状态.对于镍缸，每一根加热管下方都应该保持强力打气状态.

4.4接口设备

沉镍金生产线的周边附属设施中，首先需要的是DI水机，各药水缸配槽以及活化、沉镍、金回收之后的水洗缸，都需要使用DI水.有的厂采用中央DI水处理，半管道接入沉金线，那则是最理想的设计.

在生产过程中，由于活化缸和微蚀缸对温度要求很严格，所以应当购置冷水机来控制槽液温度.对于镍缸，有的人嫌降温过程太慢(由操作温度降至50℃以下)，将冷水管(临时管道)接入镍缸，这也是充分利用现有资源的好方法.

由于镍缸硝槽时使用硝酸数量较大，而且不便重复利用，所以，在镍缸底部连接一备用硝酸槽，通过一个抽水马达(须耐硝酸)以及换向阀，将硝酸抽到所需的槽中.须留意的是，管理槽(贮存硝酸)的容积要大于镍缸20-50%.

沉镍金周边设施除DI水机、冷水机及管理槽，还须将生产线污浊空气抽出，送往化气塔净化.同时，生产线最好也加装送风装置，以保持操作环境的空气新鲜.

五、工序常见缺陷分析

5.1漏镀

5.1.1主要原因

体系活性(镍缸及钯缸)相对不足；铅、锡等铅面污染.

5.1.2问题分析

漏镀的成因在于镍缸活性不能满足Pad位的反应势能，导致沉镍化学反应中途停止，或者根本未沉积金属镍.

漏镀的特点是：如果一个Pad位漏镀，与其相连的所有Pad位都漏镀.出现漏镀问题，首先须区分是否由外界污染板面所致.若是，将该板进行水平微蚀或采用磨板方式除去污染.

影响体系活性的最主要因素是镍缸稳定剂浓度，但由于难以操作控制，一般不采取降低稳定剂浓度来解决该问题.

影响体系活性的主要因素是镍缸温度.升高镍缸温度，一定有利于漏镀的改善.如果不考虑外部环境以及内部稳定性，无限度的升高镍缸温度，应该能解决漏镀问题.

影响体系活性的次要因素是活化浓度、温度和时间.延长活化的时间或提高活化浓度和温度，一定有利于漏镀的改善.由于活化的温度和浓度太高会影响钯缸的稳定性，而且会影响其它制板的生产，所以，在这些次要因素中，延长时间是首选改善措施.

镍缸的PH值、次磷酸钠以及镍缸负载，都会影响镍缸的活性，但其影响程度较小；而且过程缓慢.所以不宜作为改善漏镀问题的主要方法.

5.2渗镀

5.2.1主要原因

体系活性太高

外界污染或前工序残渣

5.2.2问题分析

渗镀的主要成因在于镍缸活性过高导致选择性太差，不但使铜面发生化学沉积，同时其它区域(如基材、绿油侧边等)也发生化学沉积，造成不该出现沉积的地方沉积化学镍金.

出现渗镀问题，首先须区分是否由外界污染或残渣(如铜、绿油等)所致.若是，将该板进行水平微蚀或其它的方法去除.

升高稳定剂浓度，是改善体系活性太高的最直接的方法，但是，同漏镀问题改善一样，因难以操作控制而不宜采用.

降低镍缸温度是改善渗镀最有效的方法.理论上，无限度的降低温度，可以彻底解决渗镀问题.

降低钯缸温度和浓度，以及减少钯缸处理时间，可以降低体系活性，有效地改善渗镀问题.

镍缸的PH值、次磷酸钠以及镍缸负载，降低其控制范围有利于渗镀的改善，但因其影响较小而且过程缓慢，不宜作为改善渗镀问题的主要方法.

因操作不当导致钯缸或镍缸产生悬浮颗粒弥漫槽液，则应采取过滤或更新槽液来解决.

5.3甩金

5.3.1主要原因

镍缸后(沉金前)造成镍面钝化

镍缸或金缸杂质太多

5.3.2问题分析

金层同镍层发生分离，说明镍层同金层的结合力很差，镍面出现异常而造成甩金.

镍面出现钝化，是造成甩金出现的最主要因素.沉镍后在空气中暴露时间过长和水洗时间过长，都会造成镍面钝化而导致结合力不良，当然，水洗的水质出现异常，也有可能导致镍层钝化.

至于镍缸或金缸是否为甩金出现的主要原因，可在实验室烧杯中做对比实验来确定，若是，则更换槽液.

5.4甩镍

5.4.1主要原因

铜面不洁或活化后钯层表面钝化

镍缸中加速剂失衡

5.4.2问题分析

镍缸以前制程不良或不能除去铜面杂物(包括绿油残渣)，镍层与铜面结合力就会受到影响，从而就导致甩镍.

出现甩镍问题，首先须检查做板过程中板面状况，区分铜面杂物还是活化后钯层表面钝化，若是后者，则追踪是否活化后空气中太长还是水洗时间太长.

如果铜面杂物引起甩镍，则检查前处理水平微蚀是否正常，同时须检查前处理之前铜面是否异常.另外，前处理中硫脲药液残留铜面，轻则出现沉镍金颜色粗糙，重则甩镍.

镍缸中加速剂(如Na2S2O3)太多则会导致镍沉积松散，造成镍层剥落.此时多伴随镍面哑色出现(失去光泽).出现这种情况，用拖缸板(镍板)消耗掉多余加速剂，即可重新进行生产.

5.5非导通孔上金

5.5.1主要原因

直接电镀或化学沉铜残留的钯太多

镍缸活性太高

5.5.2问题分析

由于直接电镀导体吸附的Pd层很厚，在沉镍金工序之间，必须用"催化剂中毒"(毒化)的方法使其失去活性."盐酸+硫脲"是目前毒化药水的主流.其对于金面粗糙问题都可以避免，但毒化效果有时不稳定，随不同批号的来板差异较大.所以非导通孔Pd的厚度对毒化效果有很大影响.

对于化学沉铜类型的制板的，由于其Pd层较薄，一般通过降低镍缸活性的方法，就可解决非导通孔上金的问题.但是，由于镍缸活性的调节是用于控制渗镀的漏镀问题，人们不愿因非导通孔上金而缩窄镍缸活性的控制.所以，通常也采用毒化的方法来使残留Pd失去活性.

关于镍缸，活性太高也会造成非导通孔上金，因此，不宜采用额外添补加速剂(如Na2S2O3)来调节镍缸活性.如果在正常控制下仍有少量非导通孔上金问题，可采取降低镍缸温度或延长毒化时间来解决.

鉴于以上状况及考虑硫脲对铜面之咬蚀会造成金面粗糙等情况，可采用以下流程来改善毒化效果：

化学铜→一次铜→D/F→二次铜锡铅→蚀铜→钯毒化剂→剥锡铅→化学镍金

如采用盐酸+硫脲，其工艺如下：

硫脲：30g/L

盐酸(37%)：5%

温度：40℃

时间：3min

三道逆水洗

5.6金面粗糙

5.6.1主要原因：

铜面(镀铜)粗糙

铜面不洁

镍缸药水失衡

5.6.2问题分析

电镀产生的铜面粗糙，只能在电镀通过调整光剂或电流密度来改善.到于沉金线，水平微蚀也有能明显改善其粗糙程度.

对于铜面不洁则考虑用磨板或水平微蚀的方式加以改善，可以做到解决由铜面不洁造成的金面粗糙.

镍缸药水失衡也会导致沉积松散或粗糙.影响镍沉积粗糙的主要原因是加速剂太高或稳定剂太少.至于改善对策，则可在实验烧杯中加入稳定剂，按1ml/L，2ml/L，3ml/L做对比试验，这时就会发现镍面逐渐变得光亮，找出适当的比例将稳定剂加入镍缸即可试板和重新生产.需要注意的是，药水往往是加药过程中出现偏差，只要纠正错误偏差后，调整稳定剂并不是一件危险的操作.

5.7角位平衡

5.7.1主要原因

镍缸循环局部过快

镍缸温度局部过热

镍缸稳定剂浓度过高

5.7.2问题分析

角位平镀是指化学镍沉积过程中，出现Pad的角位不沉积镍的现象.它通常具有方向性的特征.例如圆型Pad则出现同一方面的月芽形不上镍，方型Pad则出现一边完好，对边严重不上镍，两个侧边逐渐变差.

对于镍缸循环局部过快，往往是镍缸药液循环设计不合理或出水管变形造成，它特点是镍缸某个角落固定现该问题.当然，不合理的打气冲击板面也会导致该问题的出现.

对于镍缸温度局部过热，往往出现在副槽溢流的镍缸设计.当水位不足的时候，副缸温度往往比主缸高出5℃以上，溢流的热水流量在偏小的同时，往往只扩散在主缸顶层，造成生产板顶部出现角位平镀的现象.

对于镍缸稳定剂浓度过高，只要不是来料(供应药水)出现太大的质量问题，通过补加适量的加速剂或拖缸，均能解决该问题的出现.

5.8金面颜色不良

5.8.1主要原因

金缸稳定剂(络合剂)太多

金层厚度严重不足

金缸使用寿命太长或水洗不净

5.8.2问题分析

金面颜色不良主要有两种形式，一种是由于金缸稳定剂(络合剂)太多或金层厚度严重不足而形成的金面颜色发白.另一种是由于金缸使用寿命太长或水洗不净造成金面氧化.

当金缸稳定剂补充过多时，往往会出现金面发白而金厚正常的现象，此状况多发生在新开缸初期.遇到这种情况，只要不拘泥于化验分析的控制范围，停止几次补药，颜色就会逐渐转为金黄色.当然，将金缸温度升高，也会一定程度地改善金面颜色.

对于金层厚度严重不足导致的颜色发白，主要原因在于金缸温度低于下限太多或金盐浓度严重不足，使得金层不能将镍的颜色完全覆盖，以至出现白色金面.

对于沉金缸后的水洗过程，残留药水会对金面造成污染.尤其是回收缸，浸洗时间控制半分钟左右为佳.金面污染的制板，当经过烘干或自然干燥后，金面就会出现棕色斑痕.用酸洗或普通橡皮擦可以将其除去.

当金缸使用寿命太长，槽液积聚的杂质就会越来越多，金面棕色班痕就容易出现，所以沉金后水洗一定要严格控制，尤其是回收缸的药水浓度不能太高.

5.9渗漏镀

5.9.1特别说明

这里是指渗镀和漏镀在一块板上同时出现.

5.9.2问题分析

渗镀和漏镀是沉镍金工序最常见问题，首先要区别是否外界污染或残渣(包括残铜)导致问题出现.若是，则采取磨板或水平微蚀的方式去除.

对于漏镀和渗镀在同一块板上同时出现，这说明体系活性不能满足该制板的需求.升高活性，会加剧渗镀的出现，而降低活性则又会导致漏镀的加剧.所以改善对策只能从渗镀和漏镀的特性去调整钯缸和镍缸.首先，漏镀的成因在于镍缸选择性太强，导致活性效果不佳的Pad位沉镍化学反应中途停止或金属镍根本不能沉镍.所以，唯一能做的(不考虑调节加速剂和稳定剂浓度)就是大幅度提高活化效果，缩小各Pad位间活化效果的差异，方能提供调整镍缸的空间.

渗镀的成因在于镍缸的选择性太差，降低镍缸的温度可解决该问题出现.一般来讲，将活化时间延长一倍，适应的时候可以考虑升高活化缸温度(最好不要超过30℃)，Pd2+浓度也可以考虑升高10-20ppm.同时将镍缸温度降低到适当值则可解决漏镀和渗镀同时出现的问题.

解决渗镀和漏镀的方法表面看起来好象很矛盾，其实从化学反应原理去看待，则不难理解.首先，对立的两个问题同时存在，说明单从镍缸入手根本没有调整的空间.其次，活化缸是Pd2+和Cu的置换反应，其反应初期各Pad位Pd的沉积随客观环境而有很大的差异，但随着Pd层的加厚，化学反应速度逐渐降低，沉钯快的Pad位(Pd较厚)反应趋于停止，而沉钯慢的Pad位仍然继续沉积，因而就缩小了各Pad间的活化效果的差异.解决该矛盾的问题提供调整空间.

机理

A、渗镀和漏镀同时出现

B、大幅度提高活化效果

C、降低镍缸活性

六、化学镍金工艺常见误区

6.1误区一：只要药水在控制范围就一定能做出好板

出现这样的错误多发生在对沉镍金接触较少的人士，他们用沉铜电镀的眼光来看待沉镍金.

首先，沉镍金工艺在PCB行业出现较晚，其工艺同沉铜电镀相比，还处于不成熟阶段.尽管各供货商对其药水拼命改进，每年都有大的突破，但其工艺控制范围相对于沉铜电镀，仍显得很窄很窄.其次，沉镍金最难的是镍缸，而镍缸最关键的成份是稳定剂和加速剂，这两种成份在PCB生产行业是不能化验分析出其含量.因而，仅将其它次要成份控制在最佳范围内并不能保证做好板.

对于稳定剂和加速剂，不同的温度下其自身的消耗量各不相同，我们能控制的只有尽量避免空载加热，而且每次做板前都进行试板，将各项条件控制在理想范围后，再进行批量生产.

6.2误区二：只要小Pad位的制板没有漏镀出现，那么大Pad位的制板就不会发生漏镀

总体来讲，Pad位越小，出现漏镀的可能性略大一些，但对于PCB互连复杂，小Pad位通过导通孔连接在大Pad位上是很常见的现象，因此很难判断哪些是真正的小Pad位.何况对于沉镍金，只要药水能浸润的地方，就有可能发生化学沉积，而漏镀问题的出现，与Pad位的大小没有直接关系.例如绿油擦伤，哪怕目检只能观察到的漏铜，其依然会发生化学镍金的沉积.

另个，类似这样的问题还很多，当时某公司突然接到订单，担心沉镍金出现问题而影响交货.于是在制作内层工序时就同时设计外层相同的双面假板，假板的外工序照常进行，从而用这种假板来设定沉镍金各参数.然而，在这样的参数条件下，试板(假板)没问题而生产板漏镀严重.

这个问题说明内层的互连对漏镀的产生有很大的影响.当然，双面板的互连之间的影响，也有可能造成严重漏镀，但这种情况极为罕见，上千只板中仅一两只出现这种状况.

6.3误区三：只有活化良好的Pad位才能沉积化学镍

很多人认为，每一个Pad位铜面必须都具备良好的Pd沉积，否则就会发生漏镀.

事实上并不是这么回事.在众多相连的Pad位中，其洁净程度一定有所差异，因而活化效果一定有所不同，但只要有一个Pad位能够发生镍沉积，其它所有相连的Pad位同样能够发生镍的化学沉镍.因为它们处在一个共同的等势体中，要发生化学沉积则全都能进行，否则全部漏镀.

有两个试验更能说明这个问题.

实验一：将一块覆铜板经除油微蚀后，将该板一半归入活化液中进行活化，另一半暴露在空气中，然后进行沉镍，最初只有Pd存在的地方发生镍沉积，几秒钟之后，裸铜部分也逐渐开始反应，很快整个板面达到相同的反应速度和效果.

实验二：在沉镍金生产拖缸时，人们往往看见有的拖缸板没进行化学反应(多发生在旧镍板拖缸，如果将一块反应剧烈的拖缸板搭靠在一起，不发生反应的那块板很快就产生氢气，没有多久就达到另一块相同的剧烈程度).

上面的实验一说明没有发生的pd沉积的pad位也有可能产生正常的镍沉积，实验二说明活性差的pad位同活性强的pad位如果有导线想连，都能产生正常的化学反应.

6.4误区四：国为沉镍金药水对绿油具有浸蚀作用，所以甩油问题应通过调整沉镍参数而解决

众所周知，沉镍金工序对绿油具有浸蚀作用，而镍缸对绿油的攻击尤为显著.关于沉镍金工序对绿油攻击的机理，众多专家各执一词.

首先，沉镍金由于其控制范围极窄，而且参数波动较大，所以其并不具备改善绿油剥离的能力.而且，纵然将参数降低至100%的沉镍金板报废程度，也只能使绿油剥离的程度减轻，并不能涉及根本问题.

另外，从浸蚀绿油的现象来看，正常情况下，镍缸对绿油正面基本没有攻击作用，而对于绿油侧面的浸蚀通常也小于1mil.并且，被浸蚀的部分通过150℃一个半小时的烘板，也能达到重新固化的效果(不甩绿油).

在生产过程中，镍缸时常会出现板掉入缸底，等到一个星期换缸时，发现镍厚超过1mm，镍层早已将绿油侧边完全覆盖，但是，绿油正面完好无损.

高温烘板能达到重新固化的效果，则说明有机溶剂或水分被挥发、被浸蚀的绿油侧边发生的物理变化，并不是化学腐蚀造成浸蚀问题.

对于异常情况，如绿油起泡，说明绿油与铜面的结合力出现问题.这种情况多源于板面氧化或者板面水渍，使得绿油与铜面出现局部的结合不良.

在镍缸的高温和有机溶剂的环境下，该处绿油由于膨胀作用使得绿油与局部铜面彻底分离，造成绿油起泡.对于绿油侧边大面积浮离问题，仍然是绿油与铜面的结合力，其不能抵抗膨胀作用而造成侧边翻卷剥离.这种情况通过沉金后烘板丝毫不能减轻甩绿油状态，但是，如果改善绿油前磨板的粗糙度和水洗干板效果，问题就可以避免.

另外一种情况，很多人提出常温下微蚀液甚至5%稀盐酸，会造成绿油浮离.其实这是一种误解.只有在板面氧化严重或者绿油与铜面结合力太差时，盐酸或微蚀液才会浸入绿油下面.

正常情况下，微蚀液对绿油边铜的攻击受制于扩散作用而缓慢很多，所以，绿油下的铜更难被微蚀液咬蚀.通常在生产中，某些返工的板(铜面污染)，微蚀液造成孔内无铜出现，仍然见不到绿油浮离的现象.所以，无论生产线出现任何形式的甩绿油，其着眼点都应放在绿油制程加以改善.

6.5误区五：镍缸保护电压越小越好，而且应是定值

对于镍缸正电保护，其目的是增加一个外部电压，从而抑制镍沉积在缸壁或加热器表面.当然，在能够抑制镍沉积前提下，保护电压确实越小越好，至少可以节约那么一点成本.

但是，镍缸中不可避免颗粒出现，如挂具带入(包括镍金碎片、未洗净钯液等).那么镍缸在使用过程中有效阳极面积不断扩大，被镀阴极在使用过程中表面积也不扩大(镍沉积造成).为维护相同的保护抑制作用，必须升高电压来弥补电流的增大.

通常开完新的镍缸，镍缸的保护电压一般设定为0.9V，有人担心电压设定太高会影响镍缸各组份间的平衡关系.而事实上，某些时候在镍缸后，其保护电流已升到0.8A，理论应该换备用缸以节省成本，但客户的交货期是不能延误的，我们将保护电压升至1.5V或更高，连续生产两天，至镍缸寿命结束(已经难以满足镍厚要求)，也未出现新的问题.所以，正常情况下，镍缸的保护电压可以按需要来设定.6.6误区六：化学薄金工艺测量金厚时，有时出现大于6μ的数据就表示金缸出现问题

通常我们的金厚要求为2-6μ(0.05-0.15μm)，在正常工艺条件下，由于化学薄金的特性及程序时间的确定，浸金厚度是很难达到6μ.

*造成金厚测量数据偏大的主要原因往往出现在X-ray机的标准曲线发生偏移，或者测量时聚焦精度不足小Pad位边绿部分对测量数据造成影响.另外，铜面粗糙度太大，造成表面积甚至成倍增大，从而出现金厚成倍增大的假象.还有，不同的基材也会影响测量数据，有的PCB在沉金前测量金厚，其数据显示甚至超过0.1μm.

6.7误区七：镍缸冒出氢气越多，说明镍缸活性越高

反应速度与活性是两个完全不同的范畴.反应速度快，只说明达到拖缸反应条件的活性粒子足够多，并不能代表能达到PCB的Pad位活性的粒子就多.对于活性来讲，活性好就表示体系的选择性既不高也不低.活性高意味着选择性低.不但Pad位都发生镍沉积，而且基材、绿油等部位也有可能发生镍沉积.活性低意味选择性高，只有活化良好的Pad位才容易发生镍沉积，而活化效果不佳Pad位就有可能出现漏镀.

所以，不能以拖缸板的反应速度来衡量镍缸活性的高低.活性的高低主要是由稳定剂如[Pb(CH3COO)2]和加速剂(如Na2S2O3)来决定，而这两者对于反应速度，并没有直接的关系.

至于反应速度，则主要由生成物浓度(如Na2S2O3、H+)来决定，而生成物浓度同活性也没有直接的关系.唯一能将反应速度和活性联系起来的因素则是温度，温度升高，活性和反应速度都升高.但是，温度对活性的变化很敏感而对反应速度的变化则很小.

七、化学镍金与表面处理工艺

化学镍金除了通常所指的化学薄金之外，应打金线等需求，又派生出化学厚金工艺；出于耐磨导电等性能要求，也派生出化学镍金之后的电镀厚金；针对HDI板BGA位拉力要求，也派生出选择性沉金工艺.下面，针对这些派生工艺作一简要介绍.

7.1化学厚金

7.1.1工艺流程

除油

水洗

→

微蚀

水洗

→

预浸

→

活化

水洗

→

沉镍

水洗

→

化学薄金

→

回收

水洗

→

化学厚金

→

回收

水洗

→

干板--------------------------------------------------------------------------------PCB印刷电路板2008-08-2911:00◎PCB印刷电路板

目前来说，内存的PCB主要分为两大类：晶圆厂自行研发设计的原厂PCB及封装厂广为采用的欣强科技（BrainPower）PCB。

内存大厂不但有自行研发、生产晶圆的实力，同时还会为自家的颗粒量身订做一款电器性能佳、稳定性出色且超频性良好的PCB来配合原厂内存封装使用。因为牵扯的品牌太多（目前Samsung、Micron、Hynix、Infineon/Qimonda都有自家设计的PCB）我们并不需要再次赘述，而反而应该把重点放到有口皆碑的BrainPowerPCB上。

BrainPower的PCB被广泛应用在各大内存封装厂商生产的产品之上，相信玩家们也对此非常熟悉。它采用6层板设计，清晰、精简的走线配合繁多的阻容元件可以有效防止传输信号回荡所造成的数据缓冲区益处等现象。而且最重要的是，BrainPower可以为内存封装厂商单独生产个性PCB，如Corsair的高端产品就常采用BP设计的个性PCB来满足用户对内存其它功能方面的需求。◎金手指

下图中两款内存PCB的品牌型号是相同的，但仔细观察会发现它们的金手指稍有差别。

绿色PCB的内存金手指为化学工艺制作而成，兰色PCB的内存金手指为电镀工艺制作而成。化学工艺相对成熟稳定且成本更容易控制；电镀金由于工艺的要求，会在尾端的一侧留有一个小尾巴。理论上电镀金手指电器性能更佳且更耐插拔，但这点对于普通用户意义不大，超频玩家还是会更青睐于电镀