化镍化金制程管理与简介

全反应
Cu + Pd2+ → Cu2+ + Pd
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化学镀镍
功能: 在活化后的铜面镀上一层Ni/P合金, 作为阻绝金与铜之间 迁移（Migration）或扩散（Diffusion）的障蔽层.
主成份 : (1) 硫酸镍 - 提供镍离子. (2) 次磷酸二氢钠 - 还原剂,使镍离子还原为金属镍. (3) 错合剂 - 形成镍错离子,防止氢氧化镍及 亚磷酸镍生成,增加浴安定性,缓冲pH变动. (4) pH 调整剂 - 维持适当pH. (5) 安定剂 - 防止镍在胶体粒子或其它微粒子 上还原. (6) 添加剂 - 增加被镀物表面的负电位, 使启镀 容易及增加还原效率.
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浸镀金
主成份 (1) 金氰化钾KAu(CN)2 (2) 有机酸 螯合剂
? 功能 (1) 提供Au(CN)2— 错离子来源,.在镍面置换 (离子化趋势 Ni > Au)沉积出金层. (2)防止镍表面产生钝态并与溶出的Ni2+ 结合成错离 子. (3)抑制金属污染物(减少游离态的Ni2+, Cu2+ 等). 阳极反应 Ni →Ni2+ + 2 e阴极反应 Au(CN)2- + e- → Au + 2 CNNi + Au(CN)2- → Ni2+ + Au + 2 CN-
挂架的管理
•系以金属为支持，外面包覆PVC或PVDF之耐化 学品涂料。由于PVC中含有铅份，用久了难免 会溶入高温的镍槽中，对化镍的还原反应将造 成伤害。含氟的PVDF虽已无此烦恼但却价格较 贵，两者都要注意披覆皮膜的损伤与维修，以 减少污染钯槽与上镍之麻烦。
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微蚀及钯活化
•微蚀不可过久太强，以防对“绿漆设限”的底 铜造成刨根的小动作。微蚀后的水洗也不可太 久，以防再次过度氧化。 •钯槽中Pd++正常浓度量仅数十ppm，室温 （25℃-30℃）操作时呈现“维大力”汽水般 的淡黄色。铜面长钯亦属置换作用，当然就会 发生Cu++污染。密线路板类处理时其钯槽含铜 量不可超过100ppm，一般板子也应低于300ppm。 一旦超出较多时即应弃槽，以免造成后续长镍 不顺甚至出现露铜。
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纯水
• 配槽或清洗所用之纯水也要特别留意， 由于纯水中已不含杀菌的氯气，故储槽 中很容易生长霉菌。有时甚至连管路出 口的龙头内缘，都会因死的活的堆积太 多厚厚而发黑。您若不信邪，食指一摸 即可真相大“黑”如假包换。一般长菌 的纯水槽壁，常会有油油滑滑的感觉。 有菌的纯水当然不能派上用场，金槽中 尤其是“代志大条”。
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化镍浸金制程管理与简介
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化镍浸金制程简介
脫脂 微蝕 酸洗 預浸 活化 化學鎳 浸鍍金
酸性清潔劑 水洗
兩段式水洗
40 ～50 ℃, 常溫 25 ～ 35 ℃, 常溫 常溫,
兩段式水洗
4 ～7分
過硫酸鈉 ＋ H 2 SO 4 水洗 5% H 2 SO 4 水洗 H 2 SO 4 或 HCl Pd 觸媒 水洗 Ni/P 合金 水洗 置換型薄金 回收 水洗
(3)
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浸镀金
置换金
• 底材会有针孔腐蚀 • 厚度限制 • 管理容易 • 寿命: 约 8 - 10g-Au/L
电镀金
• 底材无针孔腐蚀 • 无厚度限制 • 管理容易 • 寿命: 半永久性
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化镍浸金制程简介
• 整个化镍浸金的过程相当于给手机板化 妆的过程, 如下图:
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浸金制程管理
•酸性金水中含金量约 0.8-1.5g/L。一般之铜 污染不可超过5ppm，一旦少许清洁铜垫在全无 镍面覆盖之下，很可能在金水中也发生铜与金 的置换，进而造成铜份溶入。当金水中的铜污 染量增多时，会常出现金面异常而呈现较红的 色泽，使得金与镍之间的密着力也会变差。 ENIG的某些焊垫若出现雾雾暗暗时，就可能是 无镍的金面。倘有怀疑时，可用剥金液剥除金 层，是镍是铜自必一目了然。
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金槽建浴用纯水或回收槽纯水
• 一旦发霉即表已有多量的霉菌带入。此时金水 中原配方的有机酸﹑错化剂，加上霉菌代谢的 有机物，将使得金水活性更强，其连手腐蚀的 化镍层，下场当然很惨。回收水中虽然不会再 出现置换反应，但其中的菌类与有机酸的互相 帮忙打气，以贾凡尼效应的助虐，仍然会透过 金层疏孔而对底镍继续猛咬，不断造成镍层的 暗中氧化，迟早会引发黑垫。想要免于恐惧避 祸求福，最好的办法就是换掉回收槽，品管严 格的大厂，几乎隔天就换少惹麻烦。
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微蚀
主成份 (1) 过硫酸钠
功能 (1) 去除铜面氧化物
(2) 铜面微粗化,使与化学镍层 有良好的密着性
(2) 硫酸
主反应 NaS2O8 + H2O → Na2SO4 +
H2SO5
H2SO5 + H2O → H2SO4 + H2O2 H2O2 + Cu → CuO + H2O CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
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结论
• 化金制程重在管理
兩段式水洗 兩段式水洗 兩段式水洗 兩段式水洗
1 ～2分
0.5 ～1.5分 常溫
常溫 25 ～30 ℃,
0.5 ～1.5分 0.5 –1.5分 常溫
78 ～ 88 ℃, 常溫 80 ～ 90 ℃,
10 ～ 40分
5 ～15分
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酸性清洁洗
主成份 (1) 有机酸或无机酸 (2) 界面活性剂 功 能 (1) 去除铜面轻微氧化物及污物 (2) 降低液体表面张力,将吸附于铜面之空气及 污物排开,使药液在其表面扩张, 达润湿效果 主反应 CuO + 2 H+ → Cu + H2O 2Cu + 4 H+ + O2 → 2Cu2+ + 2H2O
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三大参数
• 化镍沈积的pH（4.5-4.8），液温（80-86℃），与浴负载 （Loading Factor 0.3-0.6dm2/L，不可低于0.2也不可超过1.0）， 是主宰反应快慢的三大参数，必须采用精密仪器，执行自动添加 与全程监控。且应定时线外分析进行比对其数据（每班一次）。 • 凡此三参数上升者，都可能因过度活化而长胖（因其主还原剂 NaH2PO2次磷酸二氢钠，要在高咸中活力才会强）；反之三大条件 不足时，亦将会导致起镀不良甚至表演露铜。老手们都有这种经 验，每天一大早的第一架，总是偶而泄气露铜不给面子，彷佛是 神不守舍沈睡未醒一般。在第一挂的牺牲打（Dummy plating）之 后槽液中充满氢气时，才会逐渐赏脸出现活性。此等充满氢气士 气大振的故事（注意Loading太低者也不易反应），早在化学铜的 操作中就已有历史记载。不过对于金槽而言，此种打气加油则大 可不必了。有经验的业者甚至还设计了D???
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化学镀镍
H2PO2－＋ H2O → HPO32－＋ 2H+ ＋ 2e－
次磷酸根氧化释放电子… … … … … … 阳极反应
Ni2＋＋ 2e－ → Ni 镍离子得到电子还原成金属镍… … … …阴极反应 2 H+ ＋ 2 e－ → H2↑ 氢离子得到电子还原成氢气… … … … …阴极反应 ? ? H2PO2－＋ e－ → P＋2 OH－ 次磷酸根得到电子析出磷… … … … … …阴极反应 总反应式: Ni2＋＋ H2PO2－＋ H2O → H2PO3－＋2 H+ ＋ Ni
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预浸
主成份 : 硫酸 功能 (1) 维持活化槽中的酸度 (2) 使铜面在新鲜状态(无氧化物)下, 进 入活化槽 主反应 CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
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活化主成Βιβλιοθήκη (1)硫酸钯或 氯化钯(2)硫酸或盐酸 ? 功能 在铜面置换(离子化趋势 Cu > Pd)上一层钯以作 为化学镍 反应之触媒(作为氧化剂,使次磷酸 根氧化). 阳极反应 Cu → Cu2+ + 2 e 阴极反应 Pd2+ + 2 e - → Pd
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化镍用不锈钢槽之保养
• 为了长期高温（80-86℃）的安全操作起见，量产镍槽几乎全用不锈钢（304或316）建造， 100L至1250L大小场面都有。现行的正常管理，是当镍金属补充到了4个MTO（Metal Turn Over，指建浴金属量）时就要换槽，通常全天量产者，1000L大槽只能维持三天，即告寿终正 寝。 • 此时须立即换上备槽而继续生产，并将旧槽药水抽掉至线外，另行中和沈淀收集污泥之环保 处理。而旧槽的“削槽”则需添加50%体积比(硝酸浓度至少350g/L)的强硝酸，溶蚀掉槽壁上 的化镍颗粒。同时也对不锈钢槽进行钝化处理（Passivation），以减少再被镀上的机会。 • 许多金属表面处理的教科书上，都说应另加入铬酸（CrO3）才会有更好的钝化效果。只可惜 PCB业界的现行废水处理系统中，少有除铬的功能，于是良药也只好束之高阁。 • 正电性槽体防止长镍-化镍槽液中任何带有负电性的物体，都会被化镍所还原析附。一般操作 中只要其负电位到-0.7V时，就难免钉牢镀上。为了保护不锈钢槽壁与加热器之不被裹胁，乃 刻意使用外电源使带有+0.9V的正电位，以免遭到化镍的青睐。至于负极-0.9V者，则另接数 根已钝化的不锈钢棒，刻意使其在电镀过程中牺牲上镍。此种假镀棒的布局，可在大槽的对 角各放一支，在液面较低的回水集流区也再加设一支。所施加之正电压却不可太高（应1V以 下），以防槽壁反遭电流与SO42-之盲目围攻。 • 削槽洗槽的同时，还要用吸尘器将槽底的落屑清除。须知即使少许不起眼的金屑，在高温镍 槽中就会变成强力的活化起镀剂，小处不可不慎。