化學(xué)鎳金生產(chǎn)中的問題探討

張彥峰 代鳳雙 張剛強

（洛陽偉信電子科技有限公司，河南 洛陽 471000）

1 前言

化學(xué)鎳金又叫無電鎳浸金(ENIG)或化學(xué)沉金。它是通過鈀的催化作用，在銅面還原沉積上化學(xué)鎳層，然后再通過置換反應(yīng)沉積上一層薄金的表面處理工藝。這種工藝具有平整度高、接觸電阻低、耐磨性、散熱性好等很多優(yōu)點，使其兼可焊接、接觸導(dǎo)通性與可散熱等多種功能于一身，已在印制板行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

我公司化學(xué)鎳金生產(chǎn)線于2012年10月下旬投產(chǎn)試生產(chǎn)，至2013年4月初，半年時間內(nèi)，由于沒有生產(chǎn)經(jīng)驗，以及訂單少，設(shè)備配置原因等很大因素，導(dǎo)致問題層出不窮，工藝一直不能穩(wěn)定，給生產(chǎn)和工藝人員造成了很大的壓力和困惑，尤其是產(chǎn)品質(zhì)量和交期得不到保證，客戶屢屢投訴，給公司帶來了很大的負面影響。試生產(chǎn)期間，工藝人員始終跟產(chǎn)負責(zé)，做了大量的對比驗證試驗，最終使工藝控制、設(shè)備配置與生產(chǎn)管理等主要因素完美匹配，保證了化學(xué)鎳金生產(chǎn)的正常進行，品質(zhì)的穩(wěn)定，贏得了客戶的好評。

圖1 化學(xué)鎳金制程工藝流程

2 工藝簡介

我公司化學(xué)鎳金生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示，工藝參數(shù)如表1所示。

表1 化學(xué)鎳金制程工藝參數(shù)

3 滲鍍現(xiàn)象及改善措施

3.1 滲鍍現(xiàn)象

在投產(chǎn)之初，出現(xiàn)過線條及表貼間，因滲鍍導(dǎo)致的短路情況，顯微鏡下觀察，如圖2（a）所示，故障率為0.08%，造成了品質(zhì)隱患。在確認蝕刻工序沒有不良品轉(zhuǎn)交至化學(xué)鎳金工序的情況下，確定為化學(xué)鎳金工序造成的滲鍍。

圖2

3.2 原因分析

發(fā)生滲鍍的根源是沉鎳反應(yīng)時就發(fā)生滲鍍，其原因主要有：

（1）活化溫度過高，或時間過長，活化液濃度異常等；

（2）活化后水洗不良，或純水質(zhì)量不合格，導(dǎo)致板面及線條間殘留有正常濃度的活化液，致使沉鎳反應(yīng)在此部位發(fā)生，導(dǎo)致滲鍍。

3.3 改善措施

雖然滲鍍故障比例很低，但仍反應(yīng)出化學(xué)鎳金制程存在的故障隱患。針對滲鍍故障，主要從以下兩個方面考慮，做了工藝改良：

（1）縮短活化時間和降低活化溫度，將活化時間控制在3 min ～ 4 min，溫度控制在28 ℃ ～ 32 ℃。在開啟加溫時，必須同時開啟循環(huán)過濾，避免局部過熱，造成活化液分解及槽體變形；

（2）增強活化后水洗，由兩級純水洗增加到三級純水洗?；罨蟮乃捶浅Ｖ匾?，是降低活化液夾帶的重要措施之一；純水的電導(dǎo)率應(yīng)合格，并要適當(dāng)開啟鼓氣，充分清洗基材及阻焊表面的活化液，避免活化液在此部位的殘留，引起沉鎳反應(yīng)發(fā)生，造成滲鍍，引起短路。

經(jīng)過以上調(diào)整后，再也沒有出現(xiàn)過滲鍍現(xiàn)象，正常的顯微照片如圖2（b）中所示。

4 漏鍍現(xiàn)象及改善措施

4.1 漏鍍現(xiàn)象

漏鍍是需要沉積鎳金的印制板銅層表面沒有沉積上鎳金的現(xiàn)象。生產(chǎn)中出現(xiàn)的漏鍍主要是一個Pad位漏鍍，與其相連的Pad位也發(fā)生漏鍍。表現(xiàn)為沉鎳過程中，觀察漏鍍Pad位露銅或者鎳層灰暗，無光澤。

4.2 原因分析

漏鍍的成因在于鎳缸活性不能滿足Pad位的反應(yīng)勢能，導(dǎo)致沉鎳化學(xué)反應(yīng)中途停止，或者根本未沉積金屬鎳。

影響鎳缸活性的主要因素有：溫度、PH值、鎳含量、還原劑含量等因素。溫度在工藝范圍內(nèi)的情況下，化驗鎳含量和還原劑含量，發(fā)現(xiàn)發(fā)生漏鍍情況時，鎳含量和還原劑含量是標(biāo)準(zhǔn)值的50%～60%，pH值也低于工藝規(guī)定。

分析造成沉鎳溶液含量低、pH值過低的原因。我公司的沉鎳槽為不銹鋼內(nèi)壁，并帶有電極保護裝置。倒槽時發(fā)現(xiàn)，不銹鋼內(nèi)壁已均勻沉積上一層鎳薄膜，鼓氣和循環(huán)管壁上有很多的鎳顆粒，由此可見，化學(xué)鎳溶液在槽體的沉積，沉鎳反應(yīng)不能正常進行是發(fā)生漏鍍故障的罪魁禍?zhǔn)?。在對鎳槽進行硝槽處理（20%～40%的硝酸浸泡6～8小時）后可除去。重新開缸生產(chǎn)后沒有漏鍍情況發(fā)生，但生產(chǎn)超過約40小時后，槽體便又沉積了一層鎳薄膜，給正常生產(chǎn)帶來了極大的危害和不便。

4.3 改善措施

考慮到我公司化學(xué)鎳金板主要為單雙面板，且為不連續(xù)生產(chǎn)，溶液的工作時間不固定，鎳槽發(fā)生分解的頻率很高，既造成了生產(chǎn)的不穩(wěn)定，又造成了藥水的浪費。所以，結(jié)合我公司的生產(chǎn)實際，將沉鎳槽由原來的不銹鋼槽材質(zhì)改為耐高溫PP材質(zhì)。更換槽體后，槽體沒有再出現(xiàn)沉積的鎳薄膜和顆粒，保證了鎳含量pH值等工藝條件的穩(wěn)定，再未發(fā)生漏鍍故障。

5 金層粗糙現(xiàn)象及改善措施

5.1 金層粗糙現(xiàn)象

我公司之前生產(chǎn)的雙面化金板，經(jīng)常出現(xiàn)金層粗糙，色澤不一致現(xiàn)象，如圖3（a）、3（b）所示。此種成品板達不到客戶的外觀要求，造成了很高的報廢率。

圖3

5.2 原因分析

通過對比試驗，發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)過電鍍的雙面板有發(fā)花現(xiàn)象，顯微鏡下觀察，金層發(fā)花處，板面粗糙度大，但鎳金層與銅基體結(jié)合力良好。對比沉鎳金前后板面的粗糙度發(fā)現(xiàn)，板面的粗糙度差異在沉鎳金之前就已經(jīng)存在，在沉完鎳金后被放大，由此就可確定，金層粗糙的是由于電鍍銅層的粗糙引起的，只要改善鍍銅層表面狀態(tài)即可。

5.3 改善措施

經(jīng)過對比試驗，確定了電鍍銅時光亮劑的控制失調(diào)，使得鍍銅層的表面平整度、光亮度有差異，最終造成了沉金的表面差異。經(jīng)過調(diào)整鍍銅光亮劑的控制量后，明顯改善了鍍銅層的表面狀態(tài)，最終沉鎳金后，金層外觀平整光亮，如圖4（a）、4（b）所示，完全滿足了客戶的要求。

圖4

6 結(jié)論

（1）通過對滲鍍、漏鍍故障的處理，使我們深刻認識到，化學(xué)鎳金生產(chǎn)對工藝參數(shù)控制和設(shè)備匹配性的特殊要求，要比電鍍銅錫嚴格的多，必須引起足夠的重視，選擇合適的設(shè)備配置和工藝參數(shù)。

（2）通過對金層發(fā)花故障的處理，我們對涉及化金產(chǎn)品的所有工序都進行了排查，對比試驗，最終查找出故障的根源，改進了生產(chǎn)管理中的疏漏環(huán)節(jié)，使化金板生產(chǎn)流程更加完善。

（3）化學(xué)鎳金技術(shù)在印制板領(lǐng)域的應(yīng)用，在藥水技術(shù)方面已很成熟，但作為一種無鉛環(huán)保的表面處理手段，化學(xué)鎳金生產(chǎn)的工藝范圍都在一個較窄的控制范圍，是一個對設(shè)備，工藝及管理要求極高的流程，只有嚴格的生產(chǎn)管控，才能保證穩(wěn)定的品質(zhì)，贏得客戶的滿意度。

[1]聯(lián)宜鑫電子科技化學(xué)鎳金工藝資料.

[2]林金堵, 龔永林. 現(xiàn)代印制電路基礎(chǔ)[M]. p228-242.

[3]肖云順.化學(xué)沉鎳金工藝穩(wěn)定性研究—化金工藝穩(wěn)定性研究課題總結(jié)[J]. 印制電路信息, 2009,4:43-45, 52-55, 69.