選擇性化學(xué)鍍厚金方法

黃明安 溫淦尹

（四會富仕電子科技股份有限公司，廣東 肇慶 526236）

1 問題提出

印制電路板（PCB）、連接盤表面處理有熱風(fēng)整平錫、有機(jī)可焊性保護(hù)膜（OSP）、化學(xué)浸錫、化學(xué)浸銀和化學(xué)鍍鎳浸金等，化學(xué)鍍鎳浸金（ENIG）因其鍍層平整度高、鍍層耐磨性好且接觸電阻低等優(yōu)越性能，被廣泛應(yīng)用于精密電子產(chǎn)品的PCB表面處理中。

化學(xué)鍍鎳浸金的金厚只有0.03～0.05 μm的厚度，只適用于焊接的表面，而對于超聲鍵合、異向?qū)щ娔z膜（Anisotropic Conductive Film，ACF）連接、按鍵位置的要求則不太適應(yīng)，于是推出了化學(xué)鎳鈀金工藝，化學(xué)鎳鈀金被認(rèn)為是全能型表面處理工藝，特別適合應(yīng)用在表面貼裝、超聲鍵合、按鍵、ACF混合組裝板。

隨著鈀金屬價格的上漲，鈀的價格已經(jīng)遠(yuǎn)超出黃金的價格，在連接盤表面采用鈀作為鍍層從成本上已經(jīng)沒有優(yōu)勢。

采用電鍍金的方式，可以形成致密的金層，但是電鍍需要引線，對于多達(dá)幾百個交叉網(wǎng)絡(luò)的線路板來說添加引線是很困難的事情。

上述現(xiàn)有工藝中，普通化學(xué)鍍金由于是采用置換反應(yīng)的原理，屬于薄金工藝，金厚做到0.03～0.05 μm，只適用于焊接表面；化學(xué)鍍厚金采用還原劑，金厚可以做到0.2～0.3 μm，但也達(dá)不到適應(yīng)多種連接方式所需要的金厚＞0.3 μm和金層致密的要求；電鍍金工藝需要額外增加電鍍工藝和去掉工藝，適用范圍很窄。

2 解決措施

為了解決上述技術(shù)問題，我們開發(fā)了一種選擇性化學(xué)鍍厚金的方法，包括以下步驟。

S1：對經(jīng)過化學(xué)鎳加工后的生產(chǎn)板進(jìn)行化學(xué)鍍金處理，進(jìn)行置換鍍金，在生產(chǎn)板上所有露出鎳層的連接盤表面沉積一層厚度為 0.01 μm～0.02 μm的薄金層，見圖1所示。

圖1 置換鍍金表面的SEM（掃描電子顯微鏡）圖

S2：在生產(chǎn)板上貼抗鍍膜，干膜選用杜邦W250或者鴻瑞HC650，在抗鍍膜上進(jìn)行開窗（見圖2所示），使需進(jìn)行鍍厚金的焊盤暴露，而不需進(jìn)行鍍厚金的連接盤被抗鍍膜覆蓋保護(hù)住。

圖2 貼有抗鍍保護(hù)膜的連接盤

S3：而后再對生產(chǎn)板進(jìn)行化學(xué)鍍厚金處理，進(jìn)行還原型化學(xué)鍍金，在露出的連接盤表面的薄金層上再沉積一層厚度≥0.2 μm的厚金層。

S4：褪去抗鍍膜，使生產(chǎn)板上所有的連接盤全部暴露出來，見圖3所示。

圖3 褪去抗鍍保護(hù)膜的連接盤

對于連接盤表面有粗糙度要求的，還可以在步驟S3～S4之間對生產(chǎn)板進(jìn)行噴砂處理，以使底層的部分鎳露出，更加提高了金的厚度。

S5：再次對生產(chǎn)板進(jìn)行化學(xué)鍍厚金處理，進(jìn)行還原型化學(xué)鍍金，對生產(chǎn)板上暴露的厚金層和薄金層繼續(xù)加鍍，使生產(chǎn)板上厚金層的厚度≥0.3 μm（見圖4所示），薄金層的厚度≥0.1 μm。

圖4 厚金位置的金厚度大于0.3微米

3 效果說明

本方法在薄金沉積之后再進(jìn)行兩次化學(xué)厚金沉積，在置換鍍金時薄金層很薄且不夠緊密，其不能完全覆蓋住鎳層，而后貼抗鍍膜并使需鍍厚金的連接盤暴露。第一次化學(xué)鍍厚金時利用連接盤上暴露的鎳作為催化還原反應(yīng)的基體，選擇性地只在需要鍍厚金的位置沉積上金層；而第二次鍍厚金時由還原劑提供的電子被僅鍍有薄金層的連接盤上暴露的鎳捕捉，并利用同一個網(wǎng)絡(luò)上的相連導(dǎo)線來傳遞電子給需鍍厚金層的連接盤（見圖5所示）。這不需另加引線，通過相連導(dǎo)線把電子輸送到需要鍍厚金的位置，相當(dāng)于進(jìn)行電解電鍍金一樣，可為板上的厚金層和薄金層提供電子讓金沉積，并且能填補(bǔ)第一次化學(xué)厚金表面的疏孔達(dá)到很高的金層致密度。最終連接盤上涂覆層如圖6所示，可使厚金層厚度達(dá)到0.3 μm以上，而薄金層的厚度≥0.1 μm。談方法適用范圍廣，也不需要增加電鍍引線。

圖5 有連接引線的連接盤局部鍍厚金平面圖

圖6 連接盤鍍金截面圖

在現(xiàn)有技術(shù)中，為了達(dá)到良好的連接性能，也可采用電鍍厚金的方式將金層鍍至0.5 μm以上。本方法相對于現(xiàn)有技術(shù)，在達(dá)到同樣的連接性能的情況下，降低了厚金層的厚度和相應(yīng)的材料成本。

本方法中，開窗的尺寸小于連接盤的尺寸，使該連接盤僅在局部的部分位置選擇性地鍍有厚金層，而其四周仍為未加鍍的薄金層，這樣一是在第二次鍍厚金可利用其四周薄金層上暴露的鎳作為催化還原反應(yīng)的基體，由還原劑與鎳進(jìn)行催化還原反應(yīng)為板上的厚金層提供電子讓金沉積；二是在達(dá)到連接要求的金厚的同時減少受鍍面積，可有效節(jié)約金材料成本。金厚變化狀況見表1所示。

表1 三次化學(xué)鍍金厚度對比表

本方法中還在第二次鍍厚金前先對厚金層進(jìn)行噴砂處理使內(nèi)層的部分鎳暴露，一是可加大表面粗糙度，二是增加厚金層處暴露的鎳，與厚金層四周的薄金層配合，從而可進(jìn)一步使厚金層厚度達(dá)到0.5 μm以上。

4 結(jié)論

（1）采用三次浸金的方法，第一次置換浸金，第二和第三次還原浸金，可以實現(xiàn)金厚度大于0.3 μm并且致密的要求，這種方法得到的金面同時適用于線鍵合、焊接、ACF、按鍵的要求；（2）采用選擇性鍍厚金的方式，可以實現(xiàn)在連接盤的局部需要位置鍍厚金，最大限度地節(jié)約鍍金成本；（3）金層總厚度和各層厚度的最優(yōu)值還需進(jìn)行更深層次的研究。