碘化鉀體系褪金液用于滲鍍板返工的研究

邱成偉 覃事杭 黎新然

（惠州中京電子科技有限公司，廣東 惠州 519029）

0 前言

在印制電路板（PCB）制程中，化學(xué)鍍鎳/金后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)A料號(hào)批量240塊板基材滲金，經(jīng)過(guò)挑選只有13塊好板。從不良滲金位置分析來(lái)看，為PCB插頭位置焊盤區(qū)域周邊基材位置鋪滿滲金，同一鎳槽的另一款B料號(hào)則無(wú)一點(diǎn)滲金跡象，連續(xù)4槽均是只有A料號(hào)整板滲金，而B料號(hào)無(wú)異常，因涉及到負(fù)載搭配，故選擇A料號(hào)和B料號(hào)交替上線生產(chǎn)，初步分析與基材表面粗糙度有關(guān)。在廠內(nèi)相同藥水、濃度、溫度管控下生產(chǎn)無(wú)異常，因涉及產(chǎn)品交期緊急，面臨報(bào)廢和客訴的雙重壓力下，我司自主研發(fā)出針對(duì)區(qū)域滲鍍單一，較有規(guī)律可循的此類產(chǎn)品進(jìn)行褪滲鍍金的褪金液，得到風(fēng)險(xiǎn)低且可以滿足客戶需求的產(chǎn)品。

1 滲鍍板圖例

PCB的金滲鍍?nèi)鐖D1所示。

圖1 PCB的金滲鍍

從不良滲金位置分析來(lái)看為鋪滿性滲金，同一鎳槽的另一款B料號(hào)則無(wú)一點(diǎn)滲金跡象，連續(xù)4槽均是只有A料號(hào)整板滲金，需深入研究添加劑含量與鎳槽循環(huán)量的交互影響對(duì)基材滲金的關(guān)系。

2 返工方案設(shè)計(jì)

（1）由于本產(chǎn)品只有PCB插頭位置有短路的風(fēng)險(xiǎn)，因其他區(qū)域均有阻焊油墨隔絕，不會(huì)造成短路，故只需要針對(duì)PCB插頭位置進(jìn)行返工即可。設(shè)計(jì)返工流程為：覆蓋干膜→影像轉(zhuǎn)移（只將需要返工的區(qū)域顯影裸露，同時(shí)圖像轉(zhuǎn)移資料設(shè)計(jì)干膜覆蓋PCB插頭位置后再向外延伸0.43mm）→使用碘-碘化鉀褪金液進(jìn)行選擇性褪金→酸性蝕刻→褪干膜→檢驗(yàn)→電測(cè)；

（2）圖像轉(zhuǎn)移資料制作：只需將需要褪金→酸性蝕刻的區(qū)域顯影裸露，非需要返工的區(qū)域通過(guò)覆蓋干膜保護(hù)，同時(shí)為了防止在酸性蝕刻時(shí)由于干膜覆蓋在印刷有阻焊油墨后的印制電路板上存在高低差的影響，導(dǎo)致蝕刻藥水從側(cè)邊滲入，造成PCB插頭邊緣側(cè)蝕露銅。

3 碘-碘化鉀褪金液的配置和使用

3.1 褪金液使用

在1 L的容器瓶中，加入碘（I）50～80 g/L，碘化鉀（KI）200～250 g/L，注入純水至1 L液位刻度。褪金時(shí)間視鍍層厚度而定，每次約為3～7min，正常沉鎳/金厚度應(yīng)進(jìn)行3～8 min的浸泡，隨著加熱時(shí)間的升高，褪金速率也會(huì)隨之升高，當(dāng)達(dá)到50 ℃時(shí)褪金速率最高，此時(shí)溫度不宜繼續(xù)升高，碘-碘化鉀褪金液呈深褐色。

3.2 褪金原理

鹵素離子與鹵素單質(zhì)形成的混合物溶液對(duì)金具有溶解作用，這是本法的原理。HCl-C12溶液、I-KI溶液和Br2-KBr溶液都能溶解金。不過(guò)Br2-KBr溶液的危害較大，操作不易控制，因此用鹵素離子與鹵素單質(zhì)形成的混合溶液一般采用氯和碘體系，其中碘體系使用較為方便；褪金反應(yīng)方程式見(jiàn)式（1）和式（2）。

4 碘-碘化鉀褪金液使用后的廢液處理

產(chǎn)物KAuI2能被多種還原劑如鐵屑、鋅扮、二氧化硫、草酸、甲酸及水合肼等還原也可用活性炭、陽(yáng)離子樹(shù)脂交換等方法從KAuI2溶液中提取金。為便于浸出的溶劑再生通過(guò)比較，認(rèn)為采用亞硫酸鈉還原的工藝較為合理，此還原后的溶液可在酸性條件下用氧化劑氯酸鈉使碘離子氧化生成單質(zhì)碘，使溶劑碘獲得再生：2I-+CIO3+6H→I2+CI-+3H2O；氧化再生碘的反應(yīng)還可防止因排放廢碘液而造成的還原費(fèi)用增加和生態(tài)環(huán)境的污染。

5 批量返工驗(yàn)證

（1）碘-碘化鉀褪金液可用于噴淋式返工，也可用于浸泡式返工，使用方式取決于工廠的操作便捷性。當(dāng)?shù)?碘化鉀褪金液浸干膜板和，此時(shí)碘-碘化鉀褪金液會(huì)與干膜表層反應(yīng)，使干膜形成深褐色，即碘-碘化鉀褪金液的顏色，同時(shí)干膜的脆性增大，在操作褪金時(shí)需注意一片一片的作業(yè)，且板與板之間不可疊放，需使用插架的方式分隔，避免干膜脫落造成在后續(xù)酸性蝕刻時(shí)導(dǎo)致過(guò)蝕報(bào)廢；返工流程步驟（見(jiàn)圖2）。

圖2 褪金返工流程

（2）由碘-碘化鉀褪金后再進(jìn)行酸性蝕刻返工得到的產(chǎn)品可以有效避免短路的風(fēng)險(xiǎn)，其原理基于在所需要保留的區(qū)域用干膜覆蓋的方式保護(hù)，需要去除掉的滲鍍部分則通過(guò)曝光顯影的方式將其裸露。由于常用的褪金液多為堿性，堿性溶液對(duì)干膜的攻擊較大，不適用于使用干膜覆蓋返工，因此我司自主研發(fā)配置碘-碘化鉀褪金液進(jìn)行返工，通過(guò)試驗(yàn)證明褪金液不會(huì)對(duì)干膜造成嚴(yán)重破壞，可以有效的防止干膜在進(jìn)行酸性蝕刻時(shí)不會(huì)因脫落、浮離而導(dǎo)致的返工失敗，返工后原滲鍍位置效果（見(jiàn)圖3）。

圖3 褪金返工后效果

（3）利用酸性蝕刻的目的是應(yīng)酸性蝕刻中的鹽酸氯離子成分對(duì)鎳的腐蝕的原理進(jìn)行去除多余滲鍍的鎳層，因所需返工的PCB已經(jīng)完成了阻焊油墨的印刷，由于平面高低差的影響，干膜的覆蓋并不能完全確保焊盤邊緣的絕對(duì)良好保護(hù)，這就使蝕刻藥水可以從側(cè)邊進(jìn)入攻擊咬蝕焊盤邊緣。合理的蝕刻量可以起到既能完全去除滲鍍的鎳層，也能避免由于蝕刻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的側(cè)蝕過(guò)大，因此有必要在焊盤邊緣保留部分殘留滲鍍，作為安全緩沖帶。

（4）為了有效防止酸性蝕刻液對(duì)鎳層側(cè)蝕過(guò)大，研究了酸性蝕刻對(duì)銅和鎳的蝕刻量對(duì)比，（見(jiàn)表1）。

（5）為了研究干膜在與碘-碘化鉀褪金液反應(yīng)表層的變化，碘-碘化鉀褪金液在與干膜表層反應(yīng)時(shí)會(huì)對(duì)干膜表層造成溶解破壞現(xiàn)象。特選取褪金前、褪金后干膜表面進(jìn)行元素分析和截面切片分析，同時(shí)對(duì)褪金再酸性蝕刻后的干膜浮離情況作截面切片分析（見(jiàn)圖4）。

圖4 干膜表層變化

褪金前干膜厚度為0.045 mm，褪金后干膜厚度為0.053 mm，蝕刻后干膜厚度為0.042 mm。從切片的測(cè)量數(shù)據(jù)可以得知，干膜本身有一定的厚度均勻性差異，褪金和蝕刻不會(huì)減薄干膜厚度。

（6）為了驗(yàn)證碘-碘化鉀褪金液在使用后不會(huì)殘留污染金面，所以取測(cè)試樣品做褪金前后的做能譜射線元素檢測(cè)，元素檢測(cè)結(jié)果對(duì)比所示。通過(guò)元素檢測(cè)結(jié)果可以看出，碘-碘化鉀褪金液和酸性蝕刻液、褪除干膜等一些列的藥水接觸后并不會(huì)對(duì)金面造成污染，同樣也不會(huì)造成焊錫不良（見(jiàn)表2）。

6 品質(zhì)驗(yàn)證

（1）驗(yàn)證有干膜保護(hù)的金/鎳層不受到碘-碘化鉀褪金液和酸性蝕刻液的腐蝕攻擊，取測(cè)試樣品對(duì)褪金后的鎳面做掃描電子顯微鏡（SEM）分析，觀察是否存在鎳腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象（見(jiàn)圖5）。

將返工完成的板取樣品裁切成小單元做相關(guān)鎳腐蝕檢測(cè)，并未發(fā)現(xiàn)有鎳腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象。

表1 酸性蝕刻對(duì)銅和鎳的蝕刻量 （單位：μm）

表2 能譜射線元素檢測(cè)

圖5 SEM鎳面

（2）經(jīng)驗(yàn)證碘-碘化鉀褪金液和酸性蝕刻液、褪除干膜等一些列的藥水接觸后并不會(huì)對(duì)金面造成污染，同樣也不會(huì)造成焊錫不良（見(jiàn)圖6）。

圖6 完成返工后焊錫試驗(yàn)

7 結(jié)論

（1）弱酸性溶液中，Au3+與碘化鉀作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為碘化鉀被氧化析出碘，而Au3+被還原成Au+，這個(gè)反應(yīng)可以定量進(jìn)行，析出之碘可以用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

（2）通過(guò)實(shí)際操作證明，配置碘-碘化鉀褪金液適用于采用覆蓋干膜→褪滲鍍金→酸性蝕刻的方式進(jìn)行返工的印制電路板，使用該方法返工的產(chǎn)品符合品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)有效降低報(bào)廢損失。