沉镍金流程

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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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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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镀液成分：
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第二部分
沉镍金原理及工艺流程
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一、沉镍金原理 催化 化学镀镍 浸金
（一）、催化(活化) • 作用：为化学镍提供催化晶体 • 反应式：Pd2++Cu Pd+Cu2+
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(二)、化学镍 • 作用：在钯的催化作用下，Ni2+在NaH2PO2的还
原条件下沉积在裸铜表面。当镍沉积覆盖钯催 化晶体时，自催化反应将继续进行，直至达到 所需之镍层厚度。
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3、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。
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4、逆流水洗：
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 Cu2+ ，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，经二级逆流水洗后 进入预浸缸。
1、微蚀药剂组成：
过硫酸钠Na2S2O8 硫酸H2SO4 H 作用： 酸性过硫酸钠微蚀液用于使铜面微 粗糙化，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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2、操作条件：
Na2S2O8： 100±20g/l H2SO4： 20 ±10g/l Cu2+ ： 5~25g/l 温度： 30 ±2OC 时间： 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
沉镍金技术培训教材
撰写：徐喜明 日期：2001年10月
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目
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录
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1、沉镍金工序的概念 2、沉镍金原理及工艺流程 3、药水特性 4、沉镍金工序设备简介 5、沉镍金工序常见缺陷分析 6、生产应急措施及重工 7、沉镍金工艺应用
第一部分 沉镍金工序的概念
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4、操作条件
A、温度 不同系列的沉镍药水其控制范围不 同。一般情况下，镍缸的操作范围是 86±50C，有的药水则控制在81±50C。 具体操作温度应根据试板结果来定， 不同型号的制板，有可能操作温度不同。 一个制板的良品操作范围一般情况下只 有±20C，个别制板也有可能小于±10C.
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B、时间条件 镍层厚度与镀镍时间呈线形关系。 一般情况下，200µin镍层需镀镍时间 28min左右，而150µin镍层则需镀镍时间 21min左右。 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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4、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20-300C， 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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3、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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4、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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（二）、微蚀缸
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2、操作条件
温度：27±3OC 时间：4 ±2min 槽材质：PVC或PP 温控：铁弗龙包覆加热器或冷却盘管 过滤 ：5µmPP滤芯连续过滤 搅拌：摆动及药液循环搅拌
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3、消槽处理
当槽壁及槽底出现灰黑色钯的沉积 物，则须消槽处理。其过程如下： 加入1:1硝酸，启动循环泵2h以上 1:1 2h 或直到槽壁会黑色沉积物完全除去为 止（如有必要，可加热至40~50OC）， 硝酸排出后，加水循环10~20min，排 放后用水循环洗涤二次以及DI水循环 洗涤一次。
• 化学反应：
Ni2+
+2H2PO2 +2H2O
-
Ni
+2HPO32-+4H++H2 • 副反应： 4H2PO2-
2HPO32-+2P+2H2O+H2
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反应机理
• HPO32-+H++2H • Ni+2H+ • H2PO2 +H OH-+P+H2O • H2PO2- + H2O HPO32-+H++H2
其含义是： 其含义是
在裸铜面进行化学镀镍，然后化学浸金。
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四、沉镍金工艺的目的 沉镍金工艺的目的 • 沉镍金工艺既能满足日益复杂的PCB装配、 焊接的要求，又比电镀镍金的成本低，同 时还能对导线的侧边进行有效的保护，防 止在使用过程中产生不良现象。 • AU • Ni • CU •
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五、沉镍金工艺的用途 沉镍金工艺的用途
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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。
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•D、循环量： • 5~~10 turn over per hour（每小时 循环抽液量所占开缸体积的倍数）。 •E、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）。 •F、摇摆： • 根据做板类型的需要决定采用上下摇 摆或前后摇摆方式
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(三)、预浸缸
1、预浸剂：
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。
2、操作条件：
温度： 时间： 搅拌： 槽材质： 室温 1±0.5min 摆动及药液循环搅拌 PVC或PP
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（四）、活化缸
1、活化剂
其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。 PCB沉镍金工序之活化剂一般为硫酸 型和盐酸型两种，现较多使用硫酸型钯活 化液。行业中也有使用Ru（Ruthenium） 做催化晶核，效果也较为理想。
H2PO2 +H2O Ni2++2H
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(三)、
浸金
• 作用： 是指在活性镍表面通过化学置换 反应沉积薄金。 • 置换反应形成的浸金薄层，通常20-30分 钟时间就可达到极限厚度。 • 化学反应：2Au++Ni 2Au+Ni2+
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二、工艺流程
除油 4~8min 活化 2~6min
水
微蚀 1~2min
化学镍的厚度一般控制在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0.05-0.1μm，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。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裸铜 切口。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。
水
预浸 0.5~1.5min
水
水
化学镀镍 22~29min沉金 7~Biblioteka 1min15第三部分
药水特性
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（一）、除油缸
1、除油剂：
一般情况下，PCB沉镍金工序的除 油剂是一种酸性液体物料，用于除 去铜面之轻度油脂及氧化物，使铜 面清洁及增加润湿性。
2、特性：
A：不损伤solder mask B：低泡型，水洗容易
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•C、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、锡、锌、铅、镉、锑等金属离子， 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。 但如含量很少时，对镀液有一定的稳定 作用。若含量过高会使镀液失效导致镍 不能沉积出来。
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•G、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。 •H、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。
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•D、硬度高，显微硬度约为500~600HV， 400OC处理后则大于1000HV； •E、易钎焊，但熔焊性较差； •F、镀层密度约为8.0g/cm3 ； •G、熔点约为890OC
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3、工艺维护
• A、在酸性溶液中，PH＜3时镍不会被还 原析出。随着PH值的提高，沉积速度加 快。当PH＞6时，很容易产生Ni(OH)2沉 淀。一般PH控制在4.5~5.0; • 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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• H、缸体材质： • 由于镍缸和金缸操作温度在80-900C， 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。 • 对于镍缸，如果仅生产单双面板，也 可考虑使用耐热PP材质。
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• 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，所以镍缸操作温度比单、 双面板要高出50C左右，甚至达到900C以 上。若采用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 但使镍缸操作变得容易，而且在成本方 面避免不必要的浪费。
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•E、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; •F、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。
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5、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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（五）、沉镍缸
1、镀液成份
A、金属盐 指Ni2+含量，不同系列沉镍药 水其开缸浓度均不同。PCB行业一 般均使用酸性镀液，其Ni2+开缸浓 度一般控制在4.5g/L至6.0g/l。
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•G、自动化加药： • 镍缸自动加药是通过感应槽液中Ni2+的 透光率的原理，根据吸光度的变化来衡量 Ni2+浓度的高低。当Ni2+浓度降低时，特征 光谱吸收峰降低，从而透光率的增高使光敏 电阻的阻值发生变化，由此而测出变化后的 Ni2+浓度。 • 当Ni2+浓度显示值低于设定值时，自动 加药器开始加药，直到Ni2+浓度显示值达到 设定值时，自动加药泵停止加药。其他组份 则根据加药比例事前调节好流量，加药时间 与Ni2+加药泵同步进行。
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B、还原剂 一般均使用NaH2PO2，其控制浓度一般 为22-32g/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H2逸出。
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2、镀层特性
• A、磷含量随着溶液成份和操作条件的不 同而在7~11%之间变化； • B、热处理时，Ni3P结晶化层状结构逐渐 消失。当磷含量高于8%时，镀层为非磁 性；低于8%时，镀层为磁性； • C、抗蚀性高，特别是当磷含量较高时， 在许多侵蚀介质中均比电镀镍耐蚀;
金属盐、 缓冲剂、 加速剂、 还原剂、 络合剂
PH调节剂、 稳定剂 润湿剂和光亮剂
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二、什么是浸镀？
以金属化学置换反应获得镀层的工艺，称 之为浸镀或置换镀。
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方法的一种工艺。