化学镍金中缺镀镍问题浅析

化学镍金中缺镀镍问题浅析

摘要：本文主要通过对化镍金生产中所产生的缺镀问题从原因入手，着重于S/M 塞孔不良所引起的缺镀进行分析并通过实验验证，从而得出一套较稳定的解决方法。 关键词：化学镍金 BGA 缺镀 塞孔不良 一、简介

随着电子通讯行业的飞速发展，化学镍金以其表面平坦性、良好的可焊性、金面优良的抗腐蚀性、可打线性及可散热性而倍受各种密集组装板的青睐，其应用跃居至表面处理技术的前列。对于密集组装板，特别是现在大量生产的手机板上均存有数个Mini-BGA ，众多BGA 位的焊接优良性成为生产中品质的关键。而小焊垫的易缺镀镍问题则是影响特别是BGA 位可焊性的其中一个关键因素。本文通过对生产中的小焊垫缺镀镍的问题跟进，根据反应机理的推断，并从中总结出稳定的生产控制方法。

二、问题初现

由于手机市场需求的不断上升，接到的手机订单量迅速上涨，而手机板在化学镍金板中占了大部分的比例。生产中一部分生产板中的BGA 小焊垫位出现了颜色的差异，一个unit 中有一到两个甚至更多BGA 小焊垫金面上颜色比其他的小焊垫要浅、要白（也有人叫“金白”），甚至发暗、成褐色，非常显眼，从切片中可以看出，金面颜色较白的BGA 小焊垫镍厚严重不足。要求为3~4μm,实际上镍厚仅1~2μm ，且在小焊垫的中间局部部位镍层断断续续，镍厚更小的甚至没有。整个镍层成不连续状态。该独立的BGA 小焊垫在内层亦未有任何与之相连的PAD 、线或孔，这是典型的缺镀或薄镀镍。此种缺陷将严重影响可焊性，影响产品的品质，令到生产板报废。具体见图一、图二：

图一 缺镀表观 图二 缺镀孔内情况

三、问题分析

1、 影响缺镀的因素

众所周知，影响缺镀镍的基本影响因素有如下图三：

一般情况下通过在实际生产情况下优化调整生产条件，缺镀这种缺陷是可以降低到最低的范围内的。但是，对于由于绿油塞孔不良的情况下引发的缺镀镍，一般方法往往较难控制到一个理想的效果。

来料

活化

镍缸

图三缺镀镍鱼骨分析图

2、缺镀分析

我司使用的是ATO的CNN系列镍缸药水，反应机理如下：

1）化学镍缸中反应机理分析

一般公认的以次磷酸盐为还原剂的酸性化学镀镍反应如下：

[H2PO2]-+H2O→H++[HPO3]2-+2H（在催化表面上）………①

Ni2++2H(催化剂)→Ni↓+2H+（在催化表面上）………②

[H2PO2]-+H2(催化剂)→H2O+OH-+P（在催化表面上）……③

[H2PO2]-+H2O→H++[HPO3]+H2↑（在催化表面上）………④

A、决定镍还原反应速度为反应○1的次磷酸盐分解形成氢原子的反应。由反应○1式可见，反应

的条件除了次磷酸盐浓度、温度、镍浓度外，最重要的是要在催化表面上进行。

B、由反应式○4可见，反应中BGA位上的小焊垫上，大量的氢气产生也是在催化表面上进行；

所以，催化表面的活性是重要一环。

2）影响缺镀的因素分析

①.活性

镍缸活性对于缺镀或薄镀镍来说是影响力较大的因素，活性高时反应剧烈导致反缸，活性

较低的时候则易导致缺镀镍。而活性又是由镍缸负载(loading)、溶液PH值、溶液温度、溶液成分浓度及生产时的拖缸（dummy planting）这几个因素构成。

a、负载

简单的说，是指单位体积药水中生产板的尺数，一般表达为dm2/L。对于镍缸的负载，在

一定药水浓度条件下，需控制在额定的操作窗口内，使得镍缸的反应处于一个动态平衡的

稳定过程中，当负载量过大时，反应激烈而不利于生产的控制及缩短药水的使用寿命，而负载量偏小时，由于无足够的源动力与溶液中一定浓度的稳定剂抗衡，使得启动及反应的速度受压制。对于小焊盘有较大的机会缺镀或薄镀镍。

b、拖缸（dummy plating）

化学镀在生产初期需要有较大的loading激活缸的活性。拖缸是为了使得新开的或一定时间内未生产的镍缸达到正常生产的活性时所必须做的工作。当拖缸不足时活性不足，容易引起缺镀或薄镀镍。

c、PH值与温度

在反应过程中不断的有氢离子产生，使得溶液中PH值慢慢降低，需不断地加入氨水。当PH值过高，反应迅速加快，镍缸活性偏高；PH过低，反应速度缓慢，则生产中镍厚易偏薄，化学镍是借助次磷酸盐在高温下（83-88℃）使镍在催化表面还原为金属。温度偏低影响反应活性，故有可能导致缺镀或薄镀镍缺陷的出现。

d、溶液组分浓度

镍缸中药水分为PART-A和PART-B两种，且比例为1:1添加，故浓度的控制十分关键，特别是自动添加泵之流量控制，如果比例偏差，很容易对镍缸的活性造成严重的影响。严格控制药水的自动添加量，确保PART-A与PART-B在规定比例内是最重要的。

e、MTO

从第一个MTO到第五个MTO，镍缸中的负载随着镍在缸壁或过滤器的沉积逐步增加，故缸中活性随之提高。前两个MTO内活性相对后三个MTO会稍弱。

②.保养

挂篮的保养与镍缸保养与镍缸生产时的活性紧密相关，保养的好与坏，做得足与不足，直接影响到镍缸的寿命，影响到生产的质量。当保养未做好时，挂架上落入鎳槽的銅碎、鎳屑、或金渣处理不彻底，再经过鈀槽所活化，故在鍍鎳的高溫操作中，其電位均將大幅下降，甚至低於磷化鎳槽液的起鍍電位0.68V，活性大幅提高。镍缸容易因活性太高导致自催化反应的加速而反缸，镍缸提前报废或需要倒缸。也会使得反应过程中气泡较多，进入到自动分析仪中导致显示值比实际值偏高而不能正常自动添加使得浓度下降，造成缺镀镍。

③.震荡器

由于现时本公司的沉金线飞巴摇摆方向与震荡器的震荡方向是互相垂直的。对于厚板或较大面积的板，孔内、小间距的地方从微观上看，药水的交换及搅拌的均匀性相对较好。振荡器的存在可以改善孔内药水流动情况从而减少缺镀情况的出现。

④.微蚀后浸

微蚀后浸是药水供应商ATO专门为针对塞孔板塞孔不良时易残留微蚀缸药水在孔内，与塞孔相连的PAD形成原电池效应导致在镍缸中缺镀或薄镀镍而设计的，提高做板时后浸缸的温度对缺镀或薄镀有改善。微蚀后浸剂对绿油会有攻击，可以使到塞孔不良的孔内的药水溶出；也就是说，对一般的S/M塞孔好的孔同样也会起作用，所以控制微蚀后浸缸的温度对于改善缺镀较为重要。

⑤活化

活化主要分两步，一是通过预浸在整个铜面形成一层酸性的保护膜，防止副反应的产生；