PCB用垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備的優(yōu)勢

韓海亞 江澤軍 蘇國星

（昆山東威電鍍設(shè)備技術(shù)有限公司，蘇州 昆山 215300）

0 前言

印制電路板表面處理加工過程中，電鍍鎳金制成為重要工序，目前用于印制電路板上印制插頭（俗稱金手指）及BGA式或者封裝載板（Substrate）等正反面兩面之表面處理。

電鍍鎳及電鍍金組合、鍍層具有以下功能：

（1）作為鋁線及金線打線（wire bond）之鋪墊。

（2）鍍層具有抗耐磨（wear resistance）的能力，也同時具有較低的接觸電阻，可用于機械式接觸及開關(guān)結(jié)構(gòu)。

（3）鍍層具有可焊性。

垂直連續(xù)電鍍線不僅可用于印制板鍍銅 ，鍍銅錫，也可用于鍍鎳金，且均勻性極佳，節(jié)約大量的貴金屬。

1 PCB用垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備的概述

1.1 垂直電鍍鎳金流程

為了要達到品質(zhì)及信賴性的需求，鍍層顏色、硬度、均勻性、覆蓋能力、鍍層厚度及焊接能力等必須全部考核，而且為了要得到有效的管理鍍液及確保穩(wěn)定性、分析、補充，在操作及管理上都應(yīng)該嚴格管控。電鍍鎳金的加工過程并不算太復雜，一般而言包含了清潔等數(shù)道流程。根據(jù)不同的鍍件，銅面也可以選擇不同的處理方式，達到電鍍最佳的效果。以下為垂直電鍍鎳金加工流程：

自動上料→除油（酸性清潔）→阻水滾輪→水洗兩次→阻水滾輪→微蝕→阻水滾輪→水洗兩次→活化→阻水滾輪→水洗→阻水滾輪→鍍鎳→阻水滾輪→水洗→阻水滾輪→鍍金→風切→阻水滾輪→金回收→阻水滾輪→水洗兩次→熱水洗→吹干→自動下料

1.2 垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備的概述

垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備用鋼帶傳輸，上夾導電邊的方式，以保證印制線路板在傳動中平穩(wěn)的通過電鍍槽進行電鍍。電鍍槽進出口采用封閉式滾輪傳動與鋼帶同步，避免卡板現(xiàn)象產(chǎn)生。設(shè)備主槽液液位控制在夾點以下2 mm～4 mm，以免夾點上金浪費金鹽成本。

垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備使用機械手配合新式吸盤（吸盤壓力可管控，防止干膜選鍍產(chǎn)品干膜吸破，導致非需電鍍區(qū)域電鍍上金）。印制線路板產(chǎn)品厚度超過0.3 mm實現(xiàn)自動上下板，產(chǎn)品厚度＜0.3 mm需要貼上薄板邊框作業(yè)（現(xiàn)在薄板貼邊框有自動貼框機，已經(jīng)實現(xiàn)了自動化貼合），少人或無人化操作。

1.3 垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備遇到的難題和解決方案

1.3.1 主槽藥水進出口封閉式設(shè)計，防止槽液帶出嚴重

解決方案：采用4組滾輪傳動，同步主傳動，研發(fā)特殊材質(zhì)滾輪擠壓式通過，不能保證通過性，而且藥水封閉性不會直射濺出（如圖1）。

圖1 滾輪傳動示意圖

1.3.2 如何實現(xiàn)機械手自動上下板

解決方案：

（1）采用世界先進的“那智不二越”六軸機械手。

（2）采用可調(diào)節(jié)式面式吸盤（根據(jù)產(chǎn)品尺寸大小可以調(diào)節(jié)）。

（3）在線吹干設(shè)計，實現(xiàn)機械手自動下板后可堆放。

（4）CCD相機自動糾正板是否偏位、重疊，防止產(chǎn)品上偏移。

（5）增加導電銅邊感應(yīng)器，防止前制成出現(xiàn)未開導電邊問題，以及產(chǎn)品擺放時導電邊放反問題（如圖2）。

圖2 垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備自動上下板

1.3.3 如何實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保減少帶出量

解決方案：

（1）設(shè)備全線水洗槽前后加裝阻水滾輪，防止水洗槽來回串槽，減少水洗帶出量，也減少清洗水用量。

（2）設(shè)備全線藥水槽前后加裝阻水滾輪，金鎳槽采用特殊聚氨酯（PU）材質(zhì)，微蝕槽采用硬度20滾輪，主要解決主槽藥水串槽污染，帶出量過大問題。

（3）金槽后加裝風切功能，有效防止金槽帶出問題。

1.4 垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備能達到的技術(shù)要求

（1）一次型電鍍整板，最小產(chǎn)品250×250 mm，最大產(chǎn)品750 mm×750 mm。

（2）生產(chǎn)速度為0.5～2米/分，可調(diào)節(jié)。

（3）金鍍層均勻度：0.25 μm鍍層厚度R值0.05 μm內(nèi)。

（4）0.5 μm 鍍層厚度R值0.1 μm 內(nèi)。

（5）0.75 μm鍍層厚度R值0.15 μm內(nèi)。

2 垂直連續(xù)電鍍鎳金設(shè)備研發(fā)成功的意義

2.1 項目實施的綜合意義

本項目旨在研發(fā)智能環(huán)保電鍍生產(chǎn)裝備，以全面替代人工并提高產(chǎn)品的電鍍層的均勻性。項目完成后，不僅節(jié)約了人工，提高了生產(chǎn)效率，自動化電鍍生產(chǎn)線也達到國際一流水平，從而促進我國自動化電鍍生產(chǎn)裝備產(chǎn)業(yè)向高端技術(shù)發(fā)展，有力提升電鍍線路板及相關(guān)行業(yè)及企業(yè)國際競爭力和話語權(quán)。

2.2 項目實施的優(yōu)勢

2.2.1 鍍金均勻性對比鍍金均勻性對比（見表1、圖3）。按照均勻性極差（R）值比較，均勻性極差（R）值提升0.0812 μm（3.24 μ”）。

2.2.2 鍍金節(jié)約成本計算

鍍金厚度計算方法：面積×厚度×鍍金密度＝純金含量

成本計算方法：面積×（傳統(tǒng)手指線平均值-垂直連續(xù)線平均值）×金密度=純金含量（轉(zhuǎn)換金鹽×單價）

表1 傳統(tǒng)線和垂直線均勻性對比 (單位：μm)

圖3

單位換算

1sf=929.03 cm2

39.37 μ”=1 μm =0.0001 cm

1 g金鹽=0.683 g純金

金鈷合金密度為：16.5～17.5之間，我們?nèi)≈行闹?7計算

客戶實際數(shù)據(jù)

單片受鍍面積：

0.12 sf×929.03換算單位×2雙面=222.96 cm2

傳統(tǒng)金手指與垂直連續(xù)電鍍線差異

7.55-4.31=3.24 μ”/39.37（換算單位）

=0.0822 μm/1000換算單位=0.00000823 cm

每片板子純金受鍍差異(金鹽含量)

222.96×0.00000823×17

=0.0311 g純金/0.683=0.045 g金鹽

每天生產(chǎn)2500片板子，每月按照22天計算 。0.045×2500=112.5 g/天×22=2475 g/月×金鹽單價（190元/g）=470250元

按照電鍍金層鍍0.75 μm厚度計算每月成本可節(jié)約470250元。

2.2.3 垂直連續(xù)電鍍鎳金線（鍍鎳均勻性）

垂直連續(xù)電鍍鎳金線（見表2、圖4）。

產(chǎn)品尺寸：500 mm×600，每面24點，雙面48點，客戶要求厚度3～5 μm，極差（R）值在0.85 μm，基本均勻性能力已經(jīng)達到極限，可以完全超越傳統(tǒng)鍍鎳設(shè)備。

2.2.4 氰化金鉀為國家管控劇毒物，需要加嚴管控，垂直連續(xù)電鍍鎳金線有安全保障措施

（1）設(shè)備金槽主槽采用加鎖及開蓋報警功能。

（2）金槽過濾桶設(shè)計加鎖及報警功能。

（3）線體以外管路設(shè)計全部使用法蘭對接，防止泄露現(xiàn)象。

（4）設(shè)備預(yù)留監(jiān)控安裝位置，可以自行安裝。

2.3 垂直連續(xù)電鍍鎳金線設(shè)備獲得的專利

垂直連續(xù)電鍍鎳金線設(shè)備獲得的專利（見表3）。

表2 鍍鎳均勻性

圖4 均勻性量測位置

3 結(jié)語

垂直連續(xù)電鍍鎳金線采用鋼帶式傳動，全板一次性鍍金最大尺寸750 mm×750 mm的產(chǎn)品的可以直接通過，產(chǎn)能得到提升，降低印制線路板生產(chǎn)成本。設(shè)備主槽均采用噴管式循環(huán)方式，攪拌更均勻，電鍍效率得到良好的提升。原傳統(tǒng)線使用銅絲毛刷導電，采用定電壓方式電鍍。垂直連續(xù)電鎳金線金槽導電采用碳刷式固定導電，采用定電流方式，整流機輸入輸出更穩(wěn)定；主槽采用子母式整流機（例如：整流機規(guī)格5 A子機/100A母機=5 V，因整流機起步電流精確度為3%，小電流采用子機運行，超過子機額定規(guī)格自動切換母機使用）電流可以精確到0.01 A，電流起止更精確，避免出現(xiàn)跳電流問題發(fā)生。

上夾直接全板電鍍的垂直連續(xù)電鍍鎳金線，真正實現(xiàn)全線少人或無人操作，保證線路板在電鍍槽內(nèi)順利運行，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，讓印制線路板表面處理制程自動化設(shè)備再創(chuàng)新高。