新型無(wú)氨無(wú)氯鈀鎳合金電鍍液的應(yīng)用研究

楊曉新 楊海永

（汕頭超聲印制板公司，廣東 汕頭 515041）

0 前言

鈀鎳合金鍍層應(yīng)用于印制電路板表面涂飾工藝，集諸多優(yōu)勢(shì)于一身，如良好耐磨性與接觸導(dǎo)通性滿足金手指性能需求，可焊接又可滿足金線、鋁線與銅線打線需求等，不同于金、錫、有機(jī)可焊保護(hù)膜等傳統(tǒng)PCB表面完成工藝的獨(dú)特外觀等，滿足了終端多樣化的需求[1]-[3]（如圖1）。

目前，鍍鈀工藝做為金手指的替代工藝，有鍍純鈀和鈀鎳合金兩種，前者鍍液中存在一定的氨和氯，對(duì)環(huán)境不夠友好，且純鈀相對(duì)鈀鎳合金成本較高（見表1）[4]。本文針對(duì)一款新型的環(huán)境友好的無(wú)氨無(wú)氯電鍍鈀鎳合金的鍍液體系進(jìn)行系列研究，一則滿足鍍層品質(zhì)性能需求，二則研究諸多相關(guān)因子的影響，為該新型鍍液體系的量產(chǎn)化應(yīng)用提供指導(dǎo)（見表1）。

圖1 鈀鎳合金鍍層滿足金線、鋁線與銅線打線圖

與此同時(shí)，鈀鎳合金鍍層必須控制二者比例在一定范圍內(nèi)（75:35～85:15），即鈀含量控制（80±5）%，否則會(huì)影響鍍層性能與外觀結(jié)晶。從表1鍍純鈀與鍍鈀鎳合金部分比對(duì)項(xiàng)目中可以看出，若鈀含量過(guò)高，則接觸電阻明顯增大，對(duì)插拔接觸導(dǎo)通性有一定影響，且會(huì)增加鍍層成本（鈀遠(yuǎn)比鎳昂貴）。若鈀含量過(guò)低，相對(duì)活潑的鎳占比較高，則其抗氧化性、耐腐蝕性、抗老化能力等均會(huì)下降，難以滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定需求。鈀鎳合金層中的兩種金屬含量比例還對(duì)表觀光澤度、硬度、耐磨性、可焊性等有影響，因此，研究各參數(shù)對(duì)鈀鎳合金中鈀含量的影響，從而確定適宜的參數(shù)控制范圍來(lái)加工產(chǎn)品至關(guān)重要。本文即針對(duì)該新型鍍液體系的酸堿度（pH）、光劑濃度、鈀濃度、鎳濃度、電流密度等主要控制參數(shù)進(jìn)行研究，評(píng)估確認(rèn)各參數(shù)對(duì)鈀鎳合金中鈀含量的影響。

1 鈀鎳流程簡(jiǎn)介

電鍍鈀鎳合金的生產(chǎn)流程類似鍍金手指，必須在電鍍鈀鎳合金之前，電鍍一層鎳層，阻隔金屬原子遷移，其生產(chǎn)流程（如圖2）。

各主要流程的作用概述：除油工序目的去除待鍍件表面有機(jī)污染、輕微氧化等；微蝕通過(guò)去除銅面深度氧化，并使銅面具有一定的粗糙度，提高鎳層與銅層的結(jié)合力；鍍鎳可以阻隔金屬界面間銅遷移問(wèn)題，作為鍍鈀鎳的基底層；鍍鈀鎳作為最終表面鍍層，可滿足接觸導(dǎo)通、打線、焊接等多重終端需求。

2 鍍鈀鎳鈀比例控制的試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)方案

采用哈林槽，釕銥鈦網(wǎng)做陽(yáng)極，待評(píng)估樣品作為鍍件，分別研究了鍍液pH、光劑濃度、鈀濃度、鎳濃度、電流密度等對(duì)合金鍍層中鈀含量的影響，從而確定適宜的控制參數(shù)，所制作產(chǎn)品滿足諸多印制板性能標(biāo)準(zhǔn)。

樣品評(píng)估所采用儀器主要有掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線能量色散光譜儀（EDX）、X射線測(cè)厚儀、恒溫恒濕箱、硬度測(cè)試儀、冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)、回流焊爐、錫爐等。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 pH對(duì)合金中鈀含量的影響

鍍液pH在5.0～5.5范圍內(nèi)，合金鍍層中鈀含量最低，隨著pH的降低，鈀含量呈較為明顯的上升趨勢(shì)（圖3）。由此可以看出，鍍液pH穩(wěn)定控制對(duì)鍍層質(zhì)量影響明顯，過(guò)低的pH會(huì)導(dǎo)致鍍層中鈀含量過(guò)高并超出控制范圍，且加劇鈀的消耗，屬關(guān)鍵控制因子。

2.2.2 光劑濃度對(duì)合金中鈀含量的影響

隨著鍍液中光亮劑濃度的提高，所鍍合金鍍層中鈀含量均可控制在范圍內(nèi)，鈀含量有較為明顯的下降趨勢(shì)。同時(shí)，基于光劑是一種有機(jī)物，其分解物可能對(duì)鍍液形成有機(jī)污染物，故濃度不宜控制過(guò)高（如圖4）。

表1 鍍鈀、鍍鈀鎳合金、鍍硬金三種工藝比對(duì)

圖2 鍍鈀鎳工藝流程圖

圖3 pH對(duì)鍍層鈀含量的影響

2.2.3 鈀濃度對(duì)合金中鈀含量的影響

隨著鍍液中鈀離子濃度升高，合金鍍層中鈀含量有明顯上升趨勢(shì)，在鈀離子濃度為2.5 g/L時(shí)，鈀含量比例僅為65%左右，低于鈀含量下限要求，當(dāng)鈀離子濃度為10 g/L時(shí)，則高于要求。因此，鈀濃度控制在一定范圍內(nèi)，對(duì)鍍層質(zhì)量的保障較為關(guān)鍵，屬關(guān)鍵控制因子（如圖5）。

2.2.4 鎳濃度對(duì)合金中鈀含量的影響

在鍍液中鎳離子濃度較低情況下，合金鍍層中鈀含量高達(dá)93.6%；鎳離子從7 g/L逐漸升高至12 g/L后，其鈀含量雖然下降至正常水平的80%，但降低趨勢(shì)不明顯。即要保證鈀含量在正常的75～85%之間，鎳離子濃度不宜過(guò)低，否則鈀含量過(guò)高，且加劇鈀鹽消耗，鍍液中中正常的鎳離子濃度控制，對(duì)鈀含量影響不明顯（如圖6）。

2.2.5 電流密度對(duì)合金中鈀含量的影響

隨著電流密度的增加，合金鍍層中鈀含量明顯下降。電流密度為1 A/dm2時(shí)，鈀含量比例剛好位于中值；電流密度為0.5 A/dm2、2.0 A/dm2時(shí)，鈀含量相對(duì)臨界；當(dāng)電流密度升高至4 A/dm2時(shí)，鈀含量明顯超出下限限值。從鍍層外觀看，隨著電流密度的逐漸升高，鍍層光亮度逐漸增加，電鍍速率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。綜合鍍層質(zhì)量、生產(chǎn)效率，最佳電流密度范圍為1.0～2.0 A/dm2（如圖7）。

圖4 光劑濃度對(duì)鍍層鈀含量的影響

圖5 鈀離子濃度對(duì)鍍層鈀含量的影響

圖6 鎳離子濃度對(duì)鍍層鈀含量的影響

圖7 電流密度對(duì)鍍層鈀含量的影響

3 鈀鎳合金層性能測(cè)試

基于以上試驗(yàn)，最終確定了最佳的鍍液pH、光劑、鈀濃度、鎳濃度、電流密度等參數(shù)的過(guò)程控制范圍，實(shí)現(xiàn)合金鍍層中鈀含量的穩(wěn)定控制，從而保證鍍層質(zhì)量的穩(wěn)定性。

在長(zhǎng)期量產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)各項(xiàng)品質(zhì)項(xiàng)目監(jiān)控（如表2所述）、以及鈀鎳合金鍍層結(jié)晶微觀SEM 表征檢查（如圖8所述），均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 優(yōu)化后的鍍鈀鎳量產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)監(jiān)控項(xiàng)目及其結(jié)果

圖8 鈀鎳合金鍍層結(jié)晶微觀SEM表征，表面（A）及其橫截面（B）

4 結(jié)論

本文針對(duì)一款環(huán)境友好的無(wú)氨無(wú)氯鈀鎳合金電鍍液進(jìn)行了系列研究，試驗(yàn)評(píng)估了鍍液pH、光劑、鈀濃度、鎳濃度、電流密度等生產(chǎn)參數(shù)對(duì)其鍍層合金中鈀含量這一重要品質(zhì)監(jiān)控項(xiàng)目的影響，找出了關(guān)鍵因子pH、鈀濃度與電流密度。在試驗(yàn)優(yōu)化的參數(shù)范圍控制下，確保了鈀鎳合金鍍層鈀含量穩(wěn)定控制在75%～85%范圍內(nèi)，從而保證鍍層質(zhì)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)該工藝在印制電路板加工中的量產(chǎn)化應(yīng)用。