PCB沉金工艺介绍

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化学镍药水的分类：
按操作温度分可将镀液分成高温镀液（85950C）、中温镀液（65-750C）、低温 镀液（500C）以下
按其使用的还原剂又可大致分为次磷酸盐 型、硼氢化物型、肼型、胺基硼烷型4种。
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按pH值分又可将其分为酸性镀液和碱性镀 液； 最常用的是次磷酸盐为还原剂的酸性高温 化学镀镍液，常称为普通化学镀镍液。
1.5 ±0.5min
搅拌:摆动及药液循环搅拌或空气打气
槽材质:PVC或PP
加热器:石英或铁弗龙加热器
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铜浓度控制：
由于Cu2+对微蚀速率影响较大，通 常须将Cu2+的浓度控制在5-25g/l， 以保证微蚀速率处于0.5-1.5μm之间。 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Cu2+浓 度。
通常情况，不采用调节药水浓度或 升高温度来弥补因时间不足而引起的镍 厚不足，一定要根据客户镍层要求来设 置适当的镀镍时间。否则，可能引起活 性不稳定，会造成许多不良后果。
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C、浓度： 不同供应商之不同系列药水，
其浓度控制范围各不相同。由于化 学镀镍的本身特点，其动态平衡的 控制难度远远大于化学镀铜，其控 制范围很窄则可说明这一点。因此， 尽可能使用自动补料器来控制药水 浓度，手动补料是很难保证每一个 制板的良品率。
• B、随着NaH2PO2和NiSO4浓度的增加， 沉积速度逐渐提高，而后趋于稳定或稍 有降低。但此时溶液的稳定性下降;
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•C、化学镀镍层的厚度一般控制4~5μm， 最少要大于2.5μm厚的镍磷层才能起到 有效的阻挡层作用,防止铜的迁移,以免渗 出金面,氧化后导致导电性不良;
•D、镀覆PCB的装载量（裸铜面）应适 中，以0.1~0.5dm2/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，造成严重后果；负载太低会导致镍 缸活性逐渐降低，造成漏镀等问题。
老化度与析出速度试验结果
25 20 15 10 5 0
012345
溶液老化度（MTO）
6
35
析出速度（μm/hr）
析出速度与镍浓度关系
25 24 23 22 21 20 19
4.8
5.2 5.9 6.4
镍浓度（g/L）
6.7
36
析出速度（μm/hr）
还原剂浓度与析出速度关系
25
20
15
10
5
0
18
6
五、沉镍金工艺的用途
化学镍金镀层集可焊接、可接触导通，可打线、 可散热等功能于一身，是PCB板面单一处理却具 有多用途的湿制程。 化学镍的厚度一般控制在 4-5μm，其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。浸金的厚度一般控制在0.050.1μm，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。
铜面清洁及增加润湿性。
特性要求：
A： 一般为酸性除油剂 B：不损伤solder mask C：低泡型，容易水洗
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操作条件：
温度：50±10oC 时间：6 ±2min 过滤：5μmPP滤芯连续过滤 搅拌：摆动及药液循环搅拌 槽材质：PP或SUS 加热器：石英或铁弗龙加热器
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逆流水洗：
除油缸之后通常为二级市水洗，如 果水压及流量不稳定或经常变化，则将 逆流水洗设计为三级市水洗更佳。
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逆流水洗：
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 宜使用超声波装置，否则，不但导致 大面积漏镀，而且渗镀问题依然存在。
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6、沉镍
• 作用：在钯的活化作用下，Ni2+在NaH2PO2
沉镍金培训教材
撰写：henry 日期：2012年6月
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第一部分 沉镍金基本概念
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一、什么是化学镀
化学镀是在金属的催化作用 下，通过可控制的氧化还原 反应产生金属沉积的过程。
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二、化学镀应具备的条件：
1、氧化还原电位应显著低于金属 还原电位； 2、溶液不产生自发分解，催化时 才发生金属沉积； 3、PH值、温度可以调节镀覆速度； 4、具有自催化作用； 5、溶液有足够寿命。
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3、微蚀缸
作用： 酸性过硫酸钠微蚀液用于使铜面微
粗化，增加铜与化学镍层的密着性。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。
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操作条件（NPS系列）：
Na2S2O8： H2SO4： Cu2+ ：
100±20g/l 20 ±10g/l 5~25g/l
温度：
30 ±2OC
时间：
铅、镉、锑及某些有机或无机含硫化合物如硫 脲以及三氯化钼都是化学镀镍的催化剂毒物， 如含量很少时，对镀液有一定的稳定作用，但 若含量过高会使镀液失效导致镍不能沉积出来。
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镍沉积速度影响因素
A 温度 B PH值 C 缸老化度（正常生产时老化度以MTO来衡量
） D 主盐（NiSO4）浓度 E 还原剂（NaH2PO2) 浓度 F 溶液的过滤与搅拌
2.镍离子在活化钯面上迅速还原镀出镍 金属。 Ni2++2H Ni+2H+
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3.小部分次磷酸根在催化氢的刺激下，产生 磷原子并沉积在镍层中。
H2PO2-+H OH-+P+H2O 4.部分次磷酸根在催化环境下，自己也会氧 化并生成氢气从镍面上向外冒出。
H2PO2- + H2O HPO32-+H++H2
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一般均使用NaH2PO2，其控制浓度一般为 20-40g/l。在镀液中，主反应将Ni2+还原 成为金属Ni，副反应为其本身的歧化反应 生成单质P，主反应及副反应过程中均伴随 CH、2逸缓冲出剂。、络合剂
缓冲剂主要用处是维持镀液的pH值防止化学镀镍 时由于大量析氢所引起的pH值下降 络合剂作用主要是与镍离子进行络合降低游离镍离 子的浓度，提高镀液的稳定性。
在化学镀镍溶液中通常选用有机酸及其盐作 为缓冲剂、络合剂。
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柠檬酸、羟基乙酸、琥珀酸、苹果 酸、乳 酸及其盐、氯化铵、焦磷酸盐、乙二胺、 三乙醇胺等均为结合剂，其中某些药品还 起缓冲剂作用；
D、稳定剂 其主要用处是防止化学镀镍溶 液在受到污染及存在有催化活性的固体 颗粒、负载量过大或过小、pH值过高等 异常情况下，自发分解 。重金属离子锡、锌、
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溶液的组成及作用：
A、金属盐 次磷酸镍是镍离子最为理想的来源。
如能解决其在制备过程中遇到的问题，使 用这种镍盐将极大地改善镀液的性能
目前 最常用的镍盐有硫酸镍和氯化镍 两种。由于硫酸镍的价格低廉，且容易制 成纯度较高的产品，被认为是镍盐的最佳 选择。由于氯离子的活性高，化学镀镍时 一般不使用氯化镍
作用：
维持活化缸的酸度及使铜面在新鲜状 态（无氧化物）的情况下，进入活化缸。
操作条件：
温度：
室温
时间：
1±0.5min
搅拌：
摆动及药液循环搅拌
槽材质：
PVC或PP
18பைடு நூலகம்
5、活化
作用：
在电化序中，铜位于镍的后面，所以必须 将铜面活化，才能进行化学镀镍。PCB行 业大多是采用先在铜面上生成一层置换钯 层的方式使其活化。
• 注：MTO 即 Metal Turn Over ，缸内金属离子的加入量
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析出速度（μm/hr）
浴温变化试验结果
25 20 15 10
5 0
75
80
85
浴温（℃）
90
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析出速度（μm/hr）
PH变化试验结果
30 25 20 15 10
4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 PH
5
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析出速度（μm/hr）
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•D、循环过滤 循 时循环环量：抽5液~量~1所0 占tu开rn缸ov体e积r p的er倍h数ou）r（。每小 过滤：优先考虑布袋式过滤，棉芯过滤需监 控流量（发现堵塞及时更换）。 E、摇摆：
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•E、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 搅拌或连续循环系统，使被加热的镀液 迅速扩散开。当槽内壁镀有镍层时，应 及时用硝酸（1:3)褪除,适当时可考虑加 热,但不可超过50OC, 以免污染空气。
•F、镀液寿命一般控制在4MTO（即Ni 离子添补量累积达到4倍开缸量），超过 此限主要问题是镍厚不足。
搅拌：摆动及药液循环搅拌
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工艺维护
• 影响钯缸稳定性的主要因素除了药水系 列不同之外，钯缸控制温度和Pd2+浓度则 是首要考虑的问题。温度越低、Pd2+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20300C，其控制范围应在±10C，而Pd2+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。
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第二部分
沉镍金原理及工艺介绍
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一、基本工艺流程
整孔 水洗 水洗
除油 活化 沉金
水洗 水洗 水洗
微蚀 沉镍 烘干
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二、各流程简介
1、整孔
A、目的：使非导通孔孔内残留的钯失 去活性，以防止其沉上镍金。 B、通常在蚀刻后褪锡前以水平线处理, 使用的药水一般为：硫脲和盐酸
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2、除油
作作用：用于除去铜面之轻度油脂及氧化物，
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三、什么是沉镍金？
也叫无电镍金或沉镍浸金（Electroless Nickel Immersion Gold），是指在PCB 裸铜表面涂覆可焊性涂层的一种工艺。