化學(xué)鍍鎳金中活化藥水變黑分析

吳振龍 張 亞

（珠海方正科技多層電路板有限公司-F7交付中心，廣東 珠海 519175）

1 問題提出

近年來，印制電路板（PCB）進(jìn)一步趨于輕薄小型化。為了應(yīng)對(duì)這一需求，線路圖形也越來越趨于精細(xì)化，對(duì)于表面處理工藝，化學(xué)鍍鎳金（ENIG）的表面處理工藝集鍍層均勻性高、可焊接、可打線、可散熱等功能于一身，因而應(yīng)用廣泛。

ENIG其原理是基于活化藥水中的Pd2+離子與PCB上的銅面發(fā)生置換反應(yīng)，在待沉鎳金的銅面上置換上一層薄薄的鈀金屬，并借助于金屬鈀的催化能力作為催化劑催化鎳離子與次磷酸鹽的還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而在銅面上還原上一層Ni-P合金層（3 μm～8 μm），最后在金缸藥水中利用金屬鎳的金屬活性與Au+發(fā)生置換反應(yīng)，在鎳層上置換上一層金。

ENIG工藝是利用活化藥水中的Pd2+離子催化鎳層的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行，在生產(chǎn)過程中，活化藥水開缸后隨著生產(chǎn)產(chǎn)量的增加，并且在8小時(shí)內(nèi)活化藥水發(fā)生變黑的明顯變化。實(shí)際生產(chǎn)中活化液變黑雖未造成嚴(yán)重的品質(zhì)問題，但活化藥水變色存在的風(fēng)險(xiǎn)無法預(yù)測(cè)，極大可能導(dǎo)致漏鍍、滲金等重大品質(zhì)異常。

2 原因分析

見魚骨圖見圖1所示，原因排查表見圖2所示。

圖1 ENIG的活化液變黑因果圖

圖2 ENIG的活化液變黑原因排查

3 要因驗(yàn)證

3.1 要因1驗(yàn)證

經(jīng)過以上排查結(jié)果，掛籃污染上鎳與鎳缸藥水帶是同一因素所導(dǎo)致，即活化藥水中鎳離子含量上升導(dǎo)致。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一要因，300 mL燒杯中按照活化開缸8%比例開缸，往燒杯中滴加鎳槽藥水，隨著滴加的量增加，活化藥水顏色逐漸變深。當(dāng)?shù)渭拥? mL時(shí)，活化藥水明顯變深，并且藥水迅速變成深黑色，說明當(dāng)加入5 mL鎳缸藥水時(shí)已經(jīng)達(dá)到了活化藥水的包容能力，活化迅速變黑。

與此同時(shí)，排查了產(chǎn)線上使用的掛籃，發(fā)現(xiàn)掛籃上端未包膠位置沉積上了厚厚的一層鎳，于是將掛籃上的鎳刮下來放入300 mL燒杯新開活化藥水中，經(jīng)過1 h后，活化藥水同樣變黑。對(duì)于該變化現(xiàn)象，對(duì)線上掛籃的使用情況進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)部分掛籃上端被鎳缸藥水浸泡或覆蓋，這一異常情況主要是由于在線使用的掛籃掛鉤長(zhǎng)度不一樣，分為有15 cm和17 cm兩種，當(dāng)使用掛鉤長(zhǎng)度為17 cm時(shí)，掛籃進(jìn)入鎳缸時(shí)液位便覆蓋過掛籃的表面，從而在固定管中，導(dǎo)致在固定管及掛籃表面上鍍上鎳。針對(duì)以上找到的要因，為了避免活化藥水中鎳（鎳離子）的帶入，作出以下的改善方案，并全線重新開線，活化依然變黑，說明鎳離子的帶入并非是導(dǎo)致活化變黑的根本原因。同時(shí)，從鎳層浸泡活化藥水變色化學(xué)原理角度來分析，金屬鎳的活潑性質(zhì)比金屬鈀強(qiáng)，當(dāng)鎳層進(jìn)入活化藥水中，鎳層與活化藥水發(fā)生置換反應(yīng)，從而導(dǎo)致活化藥水中的鎳離子含量逐漸上升，同理，當(dāng)活化藥水中加入鎳缸藥水時(shí)，活化藥水變黑。

根據(jù)置換反應(yīng)應(yīng)有鈀單質(zhì)在藥水中析出，然而將變色后的活化藥水進(jìn)行過濾，并未有任何物質(zhì)留在濾紙上，而通過燒杯試驗(yàn)（活化藥水中加入鎳缸藥水）的變色藥水過濾后，濾紙上有明顯的鈀析出，該現(xiàn)象進(jìn)一步說明活化變色的真因并非是活化缸中鎳離子偏高所導(dǎo)致。

3.2 要因2驗(yàn)證

在活化藥水鎳離子偏高改善無效后，經(jīng)過多方面的嘗試，總結(jié)，將方向轉(zhuǎn)向了PCB上貼的紅膠紙，并對(duì)此進(jìn)行測(cè)試。取一卷在線使用的紅膠帶，在5 L的量杯中按開缸比例配置3 L活化藥水，常溫下將紅膠帶浸泡在活化藥水中，經(jīng)過20 h的浸泡，觀察活化藥水發(fā)生了明顯的顏色變化，并且將變黑后的藥水過濾，濾紙上無物質(zhì)殘留，初步可以判定是紅膠帶析出導(dǎo)致活化藥水變黑。為了進(jìn)一步驗(yàn)證燒杯測(cè)試的結(jié)果，將沉鎳金線上的所有藥水重新開缸，并且將所有紅膠帶板停產(chǎn)12 h，活化藥水并未發(fā)生變化，而且當(dāng)線上開始做紅膠紙板6 h（約650塊紅膠帶板）就已經(jīng)變成深色，這一測(cè)試結(jié)果說明了活化藥水變色的根本原因是紅膠帶有機(jī)物析出導(dǎo)致變色。

4 改善方案

為了解決活化藥水變黑這一異常，從市面上尋找了4家PCB常用的紅膠帶供應(yīng)商，將4家供應(yīng)商提供的紅膠帶樣品進(jìn)行測(cè)試。

試驗(yàn)方案：5 L量杯中按3 L（活化缸300 L）開活化藥水；將4家紅膠帶樣品，長(zhǎng)33 m，在活化藥水中泡10 h，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 紅膠帶試驗(yàn)

生產(chǎn)測(cè)試：為了進(jìn)一步驗(yàn)證紅膠帶析出活化變黑，將D供應(yīng)商提供的紅膠帶全部替換上線生產(chǎn)，連續(xù)生產(chǎn)3個(gè)活化缸，活化藥水均未變色，說明已找到真因。

5 結(jié)論

活化藥水變黑這一異常，活化缸Ni離子含量偏高導(dǎo)致活化藥水變黑，同時(shí)導(dǎo)致Pd析出，本文中雖不是真因，但可作為生產(chǎn)管控的要點(diǎn)，避免Pd析出而出現(xiàn)漏鍍，導(dǎo)致不必要的生產(chǎn)報(bào)廢。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，紅膠帶有機(jī)物析出導(dǎo)致活化藥水變黑與活化藥水的配合度也有一定的關(guān)系，我司在此前使用其他藥水體系時(shí)，并未出現(xiàn)類似的情況，而本文中的藥水與紅膠帶卻不相匹配，故如遇到類似情況卻無法找到相匹配的紅膠帶時(shí)，可考慮更換不同型號(hào)的活化藥水也是解決該異常的方向。