微波組件無氰鍍金工藝優(yōu)化

吳曉霞 胡江華

摘 要 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件及功能件電鍍工藝鍍層性能已難以滿足數(shù)字陣列模塊表面鍍覆層質(zhì)量要求，如高精度、厚度更為均勻、更高的可焊性、良好的金絲鍵合性；另外，從微電路圖形制作全流程工序來說，陶瓷微帶等電路板濺射金屬化層后需盡快電鍍功能層，但現(xiàn)在缺乏配套電鍍能力和鍍覆的及時性，并且鍍層質(zhì)量難以保證。本文對無氰電鍍工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)， 對鍍層的附著力、耐鹽霧性、可焊性、金線鍵合性等各項性能進(jìn)行了測試。采用的微波積層電路圖形電鍍技術(shù)及相應(yīng)的處理過程，不僅是提高數(shù)字陣列模塊電鍍金層質(zhì)量的需要，也是微電路圖形制作工序完整性的需要。

【關(guān)鍵詞】無氰電鍍 微波積層 電路 可焊性 金屬化 金絲鍵合性

由于環(huán)境意識的不斷提高， 國家在電鍍工藝技術(shù)不斷提出綠色制造技術(shù). 無氰電鍍工藝技術(shù)由此得到開發(fā)和應(yīng)用。常規(guī)無氰鍍金是亞硫酸鹽鍍金，主要成分由金（雷酸金）鹽、亞硫酸銨、檸檬酸鉀組成，不含氰化物，但該溶液穩(wěn)定性較差、壽命短，需定期報廢，只能在實驗室或少量試用，不適合大批量穩(wěn)定生產(chǎn).而傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)件及功能件電鍍工藝鍍層性能已難以滿足高精度、更高的可焊性、金絲鍵合性等數(shù)字陣列模塊表面鍍覆層質(zhì)量要求。

本試驗采用檸檬酸金鉀鍍金技術(shù)方案， 分析各項參數(shù)指標(biāo)，優(yōu)化無氰電鍍工藝技術(shù)， 對鍍層的附著力、耐鹽霧性、可焊性、金線鍵合性等各項性能進(jìn)行了測試。從而提高數(shù)字陣列模塊電鍍金層質(zhì)量。

1 無氰鍍金工藝優(yōu)化技術(shù)方案

1.1 技術(shù)原理

無氰鍍金方面以進(jìn)口有氰電鍍的開缸劑（MLA300）為母液，以特制的檸檬酸金鉀為主鹽以替代氰化亞金鉀，保持溶液的穩(wěn)定性并實現(xiàn)無氰化。

1.2 工藝流程

微波積層電路板——濺射——電鍍銅——電鍍鎳——無氰鍍金——烘干。

1.3 關(guān)鍵指標(biāo)及要素

以上工藝流程中本試驗的主要技術(shù)是對無氰鍍金的優(yōu)化，關(guān)鍵要素包括鍍液配方及工藝參數(shù)的優(yōu)化，鍍液性能和穩(wěn)定性的測試，鍍層結(jié)合力，耐蝕性，可焊性和金絲鍵合性能的測試等。

2 無氰鍍金工藝優(yōu)化技術(shù)過程

2.1 鍍液配方確認(rèn)

開缸劑： 采用田中公司開缸劑（TEMPEREX MLA300）為母液。

主鹽： 檸檬酸金鉀。

2.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

（1）電流密度： 0.1 ～0.5A/dm2 ，超過0.5A/dm2時鍍層燒焦，發(fā)紅。

（2）溫度：鍍液溫度在55～65℃，溫度過低，鍍層發(fā)紅（見圖1）；溫度過高，鍍層質(zhì)量未發(fā)現(xiàn)明顯問題（見圖2），但溶液揮發(fā)加快，能耗加大。

（3）pH：5.5-6.5，PH值過低，鍍層發(fā)紅； PH值過高，鍍層均勻性降低。

（4）Au含量：3.0-6.0g/L，當(dāng)?shù)陀?g/L時，出現(xiàn)電壓升高或電流下降情況，鍍層發(fā)紅或燒焦。

3 無氰鍍金工藝優(yōu)化技術(shù)測試及分析

3.1 鍍液性能測試

3.1.1 鍍層均勻性（鍍液分散能力）

樣板尺寸為20×20×1mm，用X-Ray測量不同區(qū)域的厚度，結(jié)果表明MLA300無氰鍍金比9500無氰鍍金的鍍液分散能力較好一些。

3.1.2 鍍液穩(wěn)定性

在所配1升鍍液中，鍍金樣件約4dm2，共加料純金3.6g（合計檸檬酸金鉀7g），此過程中鍍液未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，鍍層質(zhì)量穩(wěn)定，PH值穩(wěn)定，鍍液中金含量的變化與鍍層消耗基本相符，無明顯差異。

3.2 鍍層性能測試

3.2.1 鍍層結(jié)合力

（1）樣板：20×20×1mm 銅基材樣件，MLA300無氰鍍金工藝3件；

（2）測試依據(jù)：按中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)SJ/T 11109-96《金屬覆蓋層金和金合金電鍍層試驗方法第五部分結(jié)合強度試驗》第五條熱震試驗。根據(jù)不同基體金屬試樣，采用不同爐溫，鋼為300±10℃、銅和銅合金為250±10℃、鋁和鋁合金為190±10℃、鋅和鋅合金為150±10℃和鉛，錫和鉛錫合金為150±10℃的爐中加熱大約30min，然后浸入室溫的水中。取出后，在放大8倍或4倍具有照明的觀察器下檢查電鍍層是否起跑或脫落。

（3）實驗設(shè)備：馬弗爐，8倍放大鏡。

（4）測試結(jié)果：MLA300無氰鍍金工藝3件全部合格。

3.2.2 鍍層耐蝕性

（1）樣板：20×20×1mm，MLA300無氰鍍金3件

（2）實驗依據(jù)：GJB150.11《軍用設(shè)備環(huán)境實驗方法 鹽霧試驗》，實驗時間96小時。

（3）實驗設(shè)備：DCTC600P型鹽霧試驗箱。

（4）實驗結(jié)果：鍍金3件均未出現(xiàn)腐蝕點，全部合格。（如圖3和圖4所示）。

3.3.3 可焊性

無氰鍍金：

測試依據(jù)：QJ2028-90鍍覆層可焊性試驗方法和程序中方法（1990——可焊性）。

測試方法：采用MLA300和9500兩種工藝銅基材鍍金樣件進(jìn)行對比，浸漬時間：3.0±0.5 s；焊料：Sn 63%，Pb 37%；焊劑：WS-10B（RA型）。

測試結(jié)果：將MAL300、9500無氰鍍金上的浸焊料部分放大檢查，未發(fā)現(xiàn)針孔、空洞、孔隙、未浸潤或脫浸潤，并且浸漬部分表面均覆蓋有連續(xù)的新的焊料層。無明顯差別。焊料潤濕情況如圖5所示。

3.3.4 金絲鍵合

測試依據(jù)：GJB 548B-2005微電子器件測試方法和程序中方法中2011.1——鍵合強度（破壞性鍵合拉力實驗）

測試方法 ：在每塊試板上分區(qū)，目的是細(xì)化鍍層區(qū)域差別，具體為每塊板分為中間區(qū)域和邊緣區(qū)域進(jìn)行自動金絲壓焊，每個區(qū)域鍵合30根金絲用來進(jìn)行對應(yīng)測試比較。如圖6所示。

測試結(jié)果：

（1）TEMPEREX MLA300無氰鍍金層厚度大于2.5um非常適合金絲鍵合表面鍍層。

（2）不同材質(zhì)，金絲鍵合強度值不同；相同厚度，薄膜基板鍵合強度略低于銅基材。測試數(shù)據(jù)結(jié)果分析見表1。

4 結(jié)論

（1）采用有氰電鍍開缸劑（MLA300）為母液，以特制的檸檬酸金鉀為主鹽以替代氰化亞金鉀，可以保持溶液的穩(wěn)定性并實現(xiàn)無氰化。

（2）通過無氰電鍍優(yōu)化技術(shù)獲得的鍍層，在結(jié)合力，耐蝕性能，可焊性，金絲鍵合性能等方面均能滿足微波積層薄膜基板的要求。

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作者單位

中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230081