學(xué)鍍鎳浸金金厚不均探究

1、化學(xué)鍍鎳浸金金厚不均探究化學(xué)鍍鎳浸金金厚不均探究胡光輝,李大樹,黃奔字,蒙繼龍(1.華南理工大學(xué)機械工程學(xué)院,廣東廣州510640;2.安捷利(番禺)電子實業(yè)有限公司,廣東番禺511455)摘要分析了化學(xué)鍍鎳浸金過程中金層厚度不均的現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因.試驗發(fā)現(xiàn),面積不同的銅面發(fā)生電氣互聯(lián)時容易造成金厚不均的現(xiàn)象,而無電氣互聯(lián)情況時,金厚均勻性比較好.導(dǎo)致金厚不均的原因有兩種情況,一種是電勢影響,二是雙極性效應(yīng).關(guān)鍵詞化學(xué)鍍鎳;浸金;雙極性效應(yīng)中圖分類號TQ153.1文獻標識碼B文章編號10011560(2006)070064一O2O前言印制電路板的表面處理方法分為化學(xué)鍍鎳浸金,電鍍鎳金,有機可

2、焊性保護膜(OSP),電鍍鉛錫,電鍍純錫,化學(xué)鍍銀,化學(xué)鍍錫等等j.這些表面涂鍍覆層可以提供高度平整的連接盤表面,有利于表面安裝器件的貼裝和提高電氣連接的可靠性.其中化學(xué)鍍鎳浸金工藝因具有可熔焊,搭接,接觸導(dǎo)通以及協(xié)助散熱等功能,在印制電路板行業(yè)大量使用.化學(xué)鍍鎳浸金具有可焊性好,焊墊平坦,保存時間長等優(yōu)點,但也存在黑鎳,鍍層韌性不佳等不足,還存在浸金層厚度不均的問題.本工作對浸金層厚度不均的原因進行了深入探討,以期找到適當?shù)慕鉀Q方案.1試驗化學(xué)鍍鎳浸金所使用的添加劑為日本澳野UPC系列產(chǎn)品.按照所提供的參數(shù)進行鍍鎳浸金,具體的流程如下:除油一水洗一熱水洗一微蝕一水洗一中和一水洗一預(yù)浸一活化一

3、水洗一酸洗一水洗一化學(xué)鍍鎳一水洗一浸金一金回收一水洗一熱水洗.活化:Pd”4555mg/L,HCI8O120mL/L,溫度25,時間12min.收稿日期20060203化學(xué)鍍鎳:Ni”4.65.2g/L,NaH2PO22O25g/L,pH值4.55.0,溫度8O,時間10min.浸金:Au濃度1.22,0g/L,金添加劑5%10%,溫度88oC,pH值5.8,時間510min.試驗中使用的試片分為兩種:(1)用覆銅箔制備一大一小兩個銅面,導(dǎo)通時兩銅面用一細導(dǎo)線連接,不導(dǎo)通時兩銅面間的細導(dǎo)線斷開.(2)安捷利(番禺)電子實業(yè)有限公司的產(chǎn)品A和B.進行雙電極效應(yīng)試驗時,使用兩片314不銹鋼片作正,

4、負極,使用03OV,05A的直流恒電位儀供外電流,控制恒電流0.20A.試片經(jīng)化學(xué)鍍鎳浸金后,使用FISCHERSCOPExRAYSYSTEMXDL系列x射線熒光測試儀.2結(jié)果與討論2.1不同樣品金厚不均分析化學(xué)鍍鎳浸金的原理可概括如下:化學(xué)鍍鎳是利用鈀等活性中心催化次亞磷酸鈉氧化,而鎳離子則通過次亞磷酸鈉氧化產(chǎn)生的電子或氫原子還原成鎳原子,此過程中也發(fā)生了磷的沉積,故得到鎳磷合金鍍層.而浸金過程主要利用置換反應(yīng),由金離子咬蝕鎳磷鍍層中的鎳原子,而氧化鎳還原金離子,最后便生成了金鍍層_5.試驗發(fā)現(xiàn)不同的產(chǎn)6tt一一ls一一-一化學(xué)鍍鎳浸金金厚不均探究品經(jīng)化學(xué)鍍鎳浸金后,總會出現(xiàn)不同部位金厚不均

5、勻的現(xiàn)象,有些部位金層較薄,有些地方較厚(見表1).表1各種表面的金厚pm從表1可發(fā)現(xiàn),雖然不同產(chǎn)品的金厚存在差別,但是具有明顯的規(guī)律性,即當大,小銅面上存在電氣連接時,大銅面上的金厚要小于小銅面上的金厚;當大,小銅面不存在電氣連接時,大,小銅面上的金厚則比較相近.由于非同一試片,或者不同時間收集的數(shù)據(jù)都會導(dǎo)致大面積銅面上金厚出現(xiàn)差異,因此不比較大面積銅上金厚的差別;小銅面上也是如此.由于浸金是一種置換反應(yīng),在大,小銅面上金咬蝕鎳的速率是相等的,但是在相同時間內(nèi)大銅面上鎳氧化放出的電子數(shù)比小銅面上的多,當大,小銅面存在電氣連接時,大銅面充當釋放電子的陽極,而小銅面充當?shù)秒娮拥年帢O.因此,金離子

6、在小銅面上的還原析出比大銅面容易,金層厚度更厚.大,小銅面上金厚的差別也可以從電子電勢高低的角度進行分析.當大,小銅面發(fā)生鎳置換金時,金咬蝕鎳的速度相同,所反映的電流密度大小相等,即J=Js,存在的電流為幾?A>Js?As,相同時間內(nèi)的電量:Q>Q,因為Q=c?u,同一材料的電容相同,故電量大的銅面的電子電勢更高,電子易從高電勢往低電勢遷移,造成小銅面上的電子密度高于大銅面的,從而金在小銅面上的置換反應(yīng)速度更快.2.2雙極性效應(yīng)化學(xué)鍍鎳浸金過程中金厚存在差別除了電勢差原因外,雙極性效應(yīng)也是要考慮的因素.在化學(xué)鍍鎳過程中,槽壁通過小電流以氧化除去沉積在槽壁上的鎳.在施鍍過程中,此小電

7、流的存在會使板的兩面存在電荷分布的差異,靠近正極的表面荷負電荷,而靠近負極的表面荷正電荷.選取兩面電氣互連的產(chǎn)品B進行化學(xué)鍍鎳浸金,之后用x射線熒光測厚儀進行金厚和鎳厚的測量,結(jié)果見表2.表2雙極性效應(yīng)下產(chǎn)品B的金,鎳厚度pm化學(xué)鍍鎳(正面)化學(xué)鍍鎳(負面)注:鍍件朝向負極的一面定為正面,因為該面在雙極性效應(yīng)作用下帶正電荷,而相反的面定為反面,其帶負電荷.試驗結(jié)果表明,在雙極性效應(yīng)條件下,鍍件反面的金,鎳厚度均大于鍍件正面的.鎳厚的差別是因為在雙極性效應(yīng)作用下,鍍件面向正極的一面帶負電荷,有利于加速鎳的沉積.而面向負極的一面則帶正電荷,不利鎳的沉積.金厚差別可能與鍍層中磷含量相關(guān).2.3金厚不

8、均程度為了便于比較,將上述表1,表2的數(shù)據(jù)整合分析,可以發(fā)現(xiàn),當大,小銅箔不發(fā)生電氣相連時,兩者的平均值接近,金厚分布均勻;而大,小銅箔電氣互連時,金厚相差l2.7%,大,小焊盤存在電氣連接的產(chǎn)品A,金厚相差顯著,高達28.7%;雙極性效應(yīng)產(chǎn)生的金厚差別也比較大,具有10.4%的偏差.導(dǎo)致產(chǎn)品A金厚差別最大的原因在于,它既存在電勢差的影響,又有雙極性效應(yīng)的作用.而其他幾種情況只受電勢差影響或雙極性效應(yīng)影響,因此削弱其中任何一種均可改善金厚的分布.(下轉(zhuǎn)第75頁)00沿越野懾妒案自麓番鏘0囊驃零避.譬0書鋁合金硬質(zhì)陽極氧化膜厚度及顯微硬度測試方法研究表5同一試樣的氧化膜,不同位置測試的硬度值比較

9、HV.3厚度與硬度測試效果及評價如表6所示,選擇同一個樣品上膜厚1/2處的任意三點測試硬度值,測得的6806工作輪硬度值絕對誤差從表4的78.0減小到6.5以下,而測試精度誤差從表4的10.00%降低到1.70%以下,滿足了鋁合金硬質(zhì)陽極氧化處理的實際生產(chǎn)和工藝要求.表6同一試樣選取膜厚1/2處的任意三點測試硬度值比較參考文獻1上海市機械制造工藝研究所.金相分析技術(shù)M上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社,1987.(上接第65頁)3結(jié)論化學(xué)鍍鎳浸金過程中面積不同的銅面發(fā)生電氣互連時容易造成金厚不均的現(xiàn)象,無電氣互連時,金厚均勻性比較好.導(dǎo)致金厚不均的原因主要有兩種情況,一是大,小銅面之間存在的電勢差影

10、響,二是不銹鋼槽壁通保護電流產(chǎn)生的雙極性效應(yīng).根據(jù)上述金厚不均的原因,提出了消除金厚不均的措施:(1)降低陽極保護電壓,如由1.5V降低至0.8V,該措施可以削弱雙極性效應(yīng);(2)對電氣連接的大,小銅面可以用引工藝導(dǎo)線等方式改善,但涉及CAD設(shè)計,加工等程序,操作不便.故對消除電勢差的影響還有待找出更好的解決方案.2GB/T3246,13246.2,2000變形鋁及鋁制品組織檢驗法S.編輯:張建設(shè)參考文獻1林金堵,龔永林.現(xiàn)代印制電路基礎(chǔ)M.出版地不詳:印制電路行業(yè)協(xié)會,2001:217,2金鴻,陳森.印制電路技術(shù)M,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003,3佚名,第七屆全國印制電路學(xué)術(shù)年會論文集c.出版地不詳:中國電子學(xué)會生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會,2004.4周敏.最新印制電路設(shè)計制作工藝與故障診斷,排除