化学镍金的工艺

化学镍金的工艺

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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。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：Electroless Nickel and Immersion Gold形电镀铜的常见缺陷及故障排除。

1．前言

由于行业竞争的激烈,印制板的制造商不断降低成本提高产品质量,追求零缺陷,以质优价廉取胜。而客户对印制板的要求也没有单纯停留在对产品性能的可靠性上,同时对产品的外观也提出了更严格的要求。而图形电镀铜作为化学沉铜的加厚层或其它涂覆层的底层，其质量与成品的关系可谓休戚相关“一荣俱荣，一损俱损”。所以图形电镀铜上的任何缺陷如镀层粗糙、麻点针孔、凹坑、手印等的存在，严重影响成品的外观，透过涂覆其上的阻碍或铅锡镀层或是镍金层，都能清楚的显露出来。

本文主要叙述图形电镀铜常见的系列故障及缺陷，并针对这些缺陷进行跟踪调查、模拟实验，找出产生缺陷的成因，制定切实的纠正措施，保证生产的正常进行。

2．缺陷特点及成因

2.1 镀层麻点

图形电镀铜上出现麻点，在板中间较为突出，退完铅锡后铜面不平整，外观欠佳。

刷板清洁处理后表面麻点仍然存在，但已基本磨平不如退完锡后明显。此现象出现后首先想到电镀铜溶液问题，因为出现故障的前一天（4月2日）刚对溶液进行活性炭处理，步骤如下：1）在搅拌条下件下加入2升H2O2

2）充分搅拌后将溶液转至一个备用槽中，加入4kg活性碳细粉，并加入空气搅拌2小时，之后关闭搅拌，让溶液沉降。

从调查中发现，生产线考虑到次日有快板，当晚将溶液从备用槽中转回工作槽。未经过充分过滤沉降活性炭，而转移溶液时未经循环过滤泵（慢）直接从工作槽的输出管理返回（管道粗，快）。因为溶液转回工作槽后已过下班时间，电镀人员没有小电流密度空镀处理阳极。在4月3日按新开缸液加完光亮剂FDT-1就开始电镀。

问题已经清楚，电镀铜上有麻点，来源于电渡溶液里的活性炭颗粒或其它脏东西。因为调度安排工作急，电镀人员未按照工艺文件的程序进行操作，溶液没有充分循环过滤，导致溶液里的机械杂质影响镀层质量。另一个因素是磷铜阳极清洗后，未通过电解处理直接工作，没来得及在阳极表面生成一层黑色均匀的“磷膜”，导致Cu+大量积累，Cu+水解产生铜粉，致使镀层粗糙麻点。

金属铜的溶解受控制步骤制约，Cu+不能迅速氧化成Cu2+。而阳极膜未形成，Cu-e.Cu2+ 的反应不断以快的方式进行，造成Cu+的积累，而Cu+具有不稳定性，通过歧化反应：2Cu+.Cu2+Cu，所生成的会在电镀过程中以电泳的方式沉积于镀层，影响镀层的质量。阳极经过小电流电解处理后生成的阳极膜能有效控制Cu的溶解速度，使阳极电流效率接近阴极电流效率，镀液中的铜离子保持平衡，阻止Cu+的产生，

保持镀液正常工作。

这次电镀铜的缺陷也暴露出一些问题：操作人员有时因为时间、工时、生产量的关系而忽略生产程序，影响产品质量。所以生产操作要严格按照工艺文件执行，不能因为生产任务紧，周期短而违规操作。否则会因为质量问题而返工或者造成报废，影响产品合格率，进而影响生产周期，降低信誉度。

故障排除：在找出原因后，更换图形电镀铜溶液的滤芯，加强过滤；另外准备了实验板500mm×500mm 分别对6个电镀槽位的阳极进行电解处理。这样除了4月3日生产的快板有镀层麻点的缺陷外，次日星产的印制板已经完全正常。

2.2 镀层发花(树枝状)

图形电镀铜的表面发花，特别是大面积镀层上尤为明显，似树枝状，有长有短。而电镀面积小，待镀面积为焊盘或细线条的板子在同一天电镀后几乎为零缺陷，所以刚开始出现镀层发花的现象没有引起足够的重视，叛断为偶然因素：板子的、基材问题，或是孔金属化后图形转移前浮石粉刷板机的刷痕。后来随着生产量的增加，板面发花的数量愈来愈多，特别是图号为MON?_1的印制板，尺寸为265mm×290mm,电镀面积A面面积为2.35dm2,B面面积为4.48 dm2，整个板面几乎有一半的面积需要图形镀铜，因此图形电镀发花的现象一览无余，严重影响印制板外观。大量缺陷的板子出现，分析特点找出原因并彻底排除故障不容缓。为此，我中心为了达到客户满意度，质量部门将这批镀层有缺陷的板子全部截留：不论是大面积镀层发花，还是线条上的细丝状痕迹。

质量是企业的生命，我们技术部针对镀层发花的、进行探究：

1）首先根据以往经验，判断为图形电镀前处理的弱腐蚀和预浸液时有大量的有机物。因为去油后喷淋水洗可能不充分，将去油液里的有机物带入后面的工作槽选成二次污染，而有机物吸附在板面待镀图形上就会影响在阴极上的吸附，从而影响镀层外观。据此将弱腐蚀和预浸液重新开缸，之后生产的印制缺陷有所减少，但是板面发花的现象并没完全消失。看来，以往的经验在这次的故障排除中并没有完全生效，继而把重点转移：莫非去油液有问题？去油液老化、去油不净造成？检查其温度、成分均属正常范围。为了尽快弄清楚产生缺陷的根源，通过霍尔槽试验：用一块小铜片，经过木炭机械刷洗后冲净作为阴极电镀，结果发现样片高区上有枝状镀层，平整性差。因为样片未经去油液，而是通过机械去油，仍然有枝状花纹，可见去油液也不能成为这次故障的元凶。

2）但是霍尔槽试验的结果为解决问题找到了突破口，重心重新转移到图形电镀铜溶液上来：立即让分析人员取样分析其成份：

Cu2+ 21.29g/l

H2SO4 198.92g/l

CL- 23mg/l

从分析结果来看，CL-偏低。但是最近一段时间CL-持续偏低，因为我中心实验室采用比浊法分析CL-误差大，而在短期内未找到更理想的分析方法时，采用配制10mg/l,20mg/l,30mg/l,40mg/l,50mg/l,60mg/l70mg/l,80mg/l,90mg/l,100mg/l氯离子标样浓度，用于对比得出工作液的深度。但是采用这种方法，生产线CL-的含量仍然维持在30——40mg/l的水平。为了防止添加CL-过量，生产线采用间隔一次补加一次的方式进行。难道是CL-偏低造成的镀层枝状不平整？进一步做霍尔槽试验：逐渐补加CL-，随着CL-浓度的增加，枝状镀层的范围逐渐缩小，由原来的3/5降为1/5，当CL-补加15mg后只有高区略有条状不平。接着再添加CL-含量到25mg，霍尔槽的电流密度突然从1A降到0.5A，取出阳极后，发现磷铜阳极片上布满一层白色钝化膜，可见CL-含量已经严重造成阳极钝化；而阴极样片的中低区正常，高区的电镀质量欠佳。在此基础上（补加15mgCL-后）又分别加入1ml、2ml光亮剂FDT-1，电镀15分钟取出样片，发现加入2ml光亮剂FDT-1的霍尔槽样片电镀层光这平整。

3）在小实验排除故障后，按照比例加入CL-和光亮剂FDT-1到工作槽，充分的空气搅拌和循环过滤后，将两块350mm×350mm尺寸裸铜板擦完板后经去油?水洗?弱腐蚀?水洗?浸酸?图形电镀铜，正常驻工