PCB 电镀基础知识

电镀基础知识（1）

以瓦特浴为基础的光泽电镀镍：

1．电镀液：

瓦特浴是以硫酸镍为主要成分的镀镍发明者的名字而命名的。下图3.8是光泽镀镍液的成分组成表。以下说明各个成分主要作用。

①硫酸镍：

硫酸镍的作用就是给电镀液供给镍离子。氯化镍也可以供给镍离子。镍离子的浓度越高需要的电流密度就越高，越低就相反。但浓度过高，粘性也变高，因此容易产生针孔，而且液体带出量也会增多。

表3.8 光泽电镀镍液的成分组成：

②氯化镍：

溶解在镀液中分解出氯离子。

NiCl2 →Ni2+ +Cl-

加氯化镍的目的是为了给镀液供给氯离子。氯离子会促进镍阳极的溶解。缺少氯离子，镍阳极会变成不动态化，难以溶解。但过剩的氯离子会增强镀层的内部应力。因此浓度管理非常重要。

③硼酸：

添加硼酸会抑制高电流密度部位产生氢，因此也会防止烧焦。镀镍液的阴极部产生的反应主要是镀镍反应，但阴极电流效率不是100%。阴极部主要有以下两种反应：

镀镍反应：Ni2++2e-→Ni

产生氢反映： 2H++2e- →H2

特别是端子电流集中部位的氢发生率高，氢离子消耗高，因此这个部位的PH比整个液体的PH高。PH上升会导致产生Ni(OH) 2沉淀。最终沉淀跟镍一起析出使镀层成灰黑色。

Ni2++2OH→Ni(OH)2

完全没含有硼酸的电镀液和含有标准浓度硼酸的电镀液相比较，含有硼酸的液没有发生烧焦现象。这说明硼酸会抑制高电流部位产生氢。以前的教科书里说明这种现象是因为硼酸作为弱酸起了缓冲作用。但现在这句话已被否定。事实上是硼酸防止了高电流部的PH变化，因此抑制了烧焦现象。而且标准组成的硼酸浓度为溶解度的极限浓度，因此温度一下降就有结晶出现。最近对硼酸排出的规格很严，因此也有用柠檬酸替代硼酸的提案。

现在在市场上可以看到销售大量的镀镍用光剂。以下用表格形式总结了光剂的种类以及其作用。（表3.9）。光剂一般分为一次光剂和二次光剂。但出光剂，均匀作用的是二次光剂。二次光剂因是容易吸着在金属表面的有机化合物，如果单独使用，会形成脆，高应力，无光泽的电镀层。这时加适量的一次光剂会缓冲二次光剂的不良影响，最终会形成均匀的电镀层。一次光剂控制二次光剂的吸着。因为是这样，一次光剂被称为二次光剂的キャリヤー。

但是在二次光剂里单独加一次光剂，只能起半光泽效果，均匀性也不是很好。一次光剂又有减少镀镍的张开应力，因此又叫做是应力抑制剂。正常的镀镍光剂是由一次光剂和二次光剂的合理搭配下形成的。防针孔剂属界面活性剂，会减少镀液的表面张力，氢气气泡也容易从产品表面分开。因此可以防止因气泡形成的针孔。

以上添加剂随着使用会分解，吸着，因此要按照电气量的比例来补加。

3．作业条件：

①PH：

在正常作业条件下PH会随时间正比上升。特别是因使用チタニウムバスケット，阳极面积十分大的时候阳极电流的功率会达到100%。但镀镍的阴极电流功率是作业电流密度范围的90%，因此随着氢离子的浓度减少，PH会上升。因此有必要定期测定PH值，让PH值维持在标准管理范围内。通常用稀硫酸调整PH值。分析结果可以看出，氯化物浓度低的时候暂时用盐酸调整PH的话，就算不补加氯化镍也可以提高氯化物浓度。若要提高PH值，可以把糕状碳酸镍通过过滤机添加也可以。

②温度：

光泽镀镍的作业条件是50~60℃。温度越高添加到阴极上的镍离子就越多，可以使用高电流密度。

③搅拌：

搅拌跟温度一样也会促进镍离子向阴极部的流动，可以使用高电流密度。同时也可以均匀分布浴组成和温度。同时也可以除去附着在产品表面的氢气泡。搅拌一般使用空气搅拌。

④过滤：

浴中有固体异物会附着在阴极表面成为产品粗糙的因素，因此必要经常过滤。活性碳滤布会除去液里的有机不纯物。过滤能力一般为每小时/整个液体量的3倍。

阳极有电解镍，硫磺镍，カーボナイズドニッケル、デポラライズドニッケル等。一般使用高纯度电解镍。电解镍以外被称为是加工镍。是为了促进高电流密度下的阳极的溶解而把电解镍加工作成的，因此价格也很高。阳极的形状除了板状之外还有球形，纽扣形，切饼形。板状之外的阳极都装在チタニウムバスケット里使用。阳极棒需要阳极袋。

4．不纯物管理：

镀镍浴容易受不纯物的影响。不纯物有金属不纯物和有机不纯物。

①金属不纯物：

因从前工序中卷入落下来的物品的溶解，镀镍浴中有混入各种各样的金属离子的可能性。一般成为最大问题的元素有铜，铅，铁。其中铁是以Fe2+状态混入到浴中后被空气氧化成Fe3+。最后成为Fe(OH)3沉淀，因此可以用过滤器过滤掉。铜和铅离子要是超过限界值（10~15mg/l）,低电流密度部分由灰色变为黑色。也成为铬电镀覆盖不良的原因。这些金属不纯物把波形铁板作为阴极用低电流密度电解（0.3~0.5A/dm2），以高效率把铜离子电解除去。通过低电流密度也可以把铅离子也可以除去，但跟铜相比之下效率较低。

②有机不纯物：

有机不纯物大多数都是光剂的分解生成物。浴中有机不纯物的数量增加会导致光泽不良以及针孔。有机不纯物一般用活性炭处理来除去。要是还未处理干净，可以把浴移动到预备槽里，再做活性炭处理。

5．镀镍的机械性质：

①硬度：

不含有添加剂的无光泽镀镍跟光泽镀镍相比，较软。Hv大概是200~250左右，延性也很大。光泽镀镍的Hv为450~550左右，比较硬，因此延性也较差。

②内部应力：

如图3.2所示，在又薄又容易变形的板材的背面绝缘化，只在表面做镀镍。结果会像图(a),(b)一样变形。前者叫张开应力，后者叫收缩应力。一般电镀镍的应力为张开应力。偶尔因密着性不良镀镍层剥离的时候，可以看到反翘。这是张开应力的证据。如图3.2所示，素材偏薄会变形，偏厚且不发生变形时，反而会出现裂痕。

图3.2内部应力造成的变形

以下是从多年来的经验总结出的内部应力的原因：

①浴中氯离子浓度高，会导致张开应力变高。

②浴中PH值要是超过上限值（PH5），张开应力也会变高。

③只加二次光剂也会导致张开应力变高。相反只加一次光剂就会成为压缩应力。一次光剂也起缓冲张开应力的作用。因此一次光剂被称为是应力抑制剂。