多层印制线路板沉金工艺控制简述

    一、 工艺简介

沉金工艺之目的的是在印制线路表面上沉积颜色稳定,光亮度好,镀层平整,可焊性良好的镍金镀层。基本可分为四个阶段:前处理(除油,微蚀,活化、后浸),沉镍,沉金,后处理(废金水洗,DI水洗,烘干)。

二、 前处理

沉金前处理一般有以下几个步骤:除油(30%AD-482),微蚀(60g/InaPS,2%H2SO4),活化(10%Act-354-2),后浸(1%H2S04)。以除去铜面氧化物,并在铜面沉钯,以作沉镍活化中心。其中某个环节处理不好,将会影响随后的沉镍和沉金,并导致批量性的报废。生产过程中,各种药水必须定期分析和补加,控制在要求范围内。较重要的比如:微蚀速率应控制在“25U—40U”,活化药水铜含量大于800PPM时必须开新缸,药水缸的清洁保养对联PCB的品质影响也较大,除油缸,微蚀缸,后浸缸应每周换缸,各水洗缸也应每周清洗。

三、 沉镍

沉镍药水的主要成分为Ni²+(5.1-5.8g/1)和还原剂次磷酸钠(25-30g/1)以及稳定剂,由于化学镍对药水成分范围要求比较严格,在生产过程中必须每班分析化验两次,并依生产板的裸铜面积或经验补加Ni²还原剂,补加料时,

应遵循少量,分散多次补料的原则,以防止局部镀液反应剧烈,导致镀液加速老化,PH值,镀液温度对镍厚影响比较大,镍药水温度抄袭控制在85℃-90℃。PH在5.3-5.7,镍缸 不生产时,应将镍缸温度降低至70℃左右,以减缓镀液老化,化学镍镀液对杂质比较敏感,很多化学成分对化学镍有害,可分为以下几类:抑制剂:包括Pb.Sn..Hg.Ti.Bi(低熔点的重金属),

有机杂质包括S²,硝酸及阴离子润湿剂。所有这些物质都会降低活性,导致化学镀速度降低并漏镀,严惩时,会导致化学镀镍工艺完全停止。

有机杂质:包括:除以上所提到的有机的稳定剂以外,还有塑料剂以及来自于设备和焊锡的杂质。尽管可通过连续镀清除一部分杂质,但不能完全清除。

不稳定剂:包括Pd和少量的铜,这两种成分造在化学镍不稳定,使镀层粗糙,而且过多地镀在槽壁及加热器上。固体杂质:包括硫酸钙或磷酸钙及其它不溶性物质沉入或带入溶液。过滤可清除固体颗粒。

总之:在生产过程中要采取有效措施减少此类杂质混入镀液。

四、沉金

沉金过程是一种浸金工艺,沉金缸的主要成分;Au(1.5-3.5g/l),结合剂为(Ec0.06-0.16mol/L),能在镍磷合金层上置换出纯金镀怪,使得镀层平滑,结晶细致,镀液PH值一般在4-5之间,控制温度为85℃-90℃。

五、后处理

沉金后处理也是一个重要环节,对印制线路板来说,一般包括:废金水洗,DI水洗,烘干等步骤,有条件的话可以用水平洗板积对沉金板进行进一步洗板,烘干。水平面洗板机可按药水洗(硫酸10%,双氧水30g/L),高压DI水洗(30~50PSI),DI水洗,吹干,烘干顺序设置流程,以彻底除去印制线路板孔内及表面药水和水渍,而得到镀层均匀,光亮度好的沉金板。

六、生产过程中的控制

在沉镍金生产过程中经常出现的问题,常常是镀液成分失衡,添加剂品质欠佳及镀液杂志含量超标,防止和改善此问题,对工艺控制起到很大的作用,现将生产过程中应注意的因素有以下几种:

1) 、化学镍金工艺流程中,因为有小孔,每一步之间的水洗是必需的,应特别注意。
2) 、微蚀剂与钯活化剂之间

微蚀以后,铜容易褪色,严重时使钯镀层不均匀,从而导致镍层发生故障,如果线路板水洗不好,来自于微蚀的氧化剂会阻止钯的沉积,结果影响沉金的效果,从而影响板的品质。
3)、钯活化剂与化学镍之间

钯在化学镍工艺中是最危险的杂质,极微量的钯都会使槽液自然分解。尽钯的浓度很低,但进入化学镀槽前也应好好水洗,建议采用有空气搅拌的两道水洗。
4)、化学镍与浸金之间

在这两步之间,转移时间则容易使镍层钝化,导致浸金不均匀及结合力差。这样容易造成甩金现锡。
5)、浸金后
为保持可焊性及延展性,镀金后充分水洗(最后一道水洗最好用蒸馏水),并完全干燥,特别是完全干燥孔内。
6)、沉镍缸PH,温度

沉镍缸要升高PH,用小于50%氨水调节,降低PH,用10%V/V硫酸调节。所有添加都要慢慢注入,连续搅拌。PH值测量应在充分搅拌时进行,以确保均衡的镀液浓度。温度越高,镀速越快。当镀厚层时,低温用来减慢针出现。不操作时,不要把温度保持在操作温度,这会导致还原剂和稳定剂成分分解见下表:

故障1:漏镀:在线路板边缘化学镍薄或没有镀上化学镍
原因:1.1重金属的污染.1.2稳定剂过量1.3搅拌太激烈1.4铜活化不恰当
改善方法:1.1减少杂质来源1.2检查维护方法,必要时进行改善1.3均匀搅拌,检查泵的出口1.4检查活化工艺

故障2:搭桥:在线之间也镀上化学镍
原因:2.1用钯活化剂活化时间太长2.2活化剂里钯浓度太高.2.3活化剂里盐酸浓度太低2.4化学镍太活泼2.5铜与线之间没有完全被微蚀2.6水洗不充分
改善方法:2.1缩短活化时间2.2稀释活化剂,调节盐酸浓度2.3调节盐酸浓度2.4调节操作条件.2.5改善微蚀,微蚀时间稍长会更有利

故障3:3、金太薄
原因:3.1浸金的温度太低.3.2浸金的时间太短.3.3金的PH值超过范围
改善方法:3.1检查后加以改善3.2延长浸金时间3.3检查后加以改善

故障4:4、线路板变形
原因:4.1化学镍或浸金的温度太高.
改善方法:4.1降低温度.

故障5:5、可焊性差
原因:5.1金的厚度不正确5.2化学镍或浸金工艺带来的杂质5.3工艺本身没有错误5.4线路板存放不恰当5.5最后一道水洗的效果不好.
改善方法:5.1金的最佳厚度是:0.05~0.1UM5.2参看1.15.3来自于设备和操作者的原因5.4线路板应存放在干燥凉爽的地方,最好放于密闭的塑料袋里5.5更换水,增加水流速度

故障6:6、金层不均
原因:6.1转移时间太长.6.2镀液老化或受污染.6.3金浓度太低.6.4浸金工艺中,来自于设备的有机杂质
改善方法:6.1优化水洗并缩短转移时间.6.2化学镍重新开始6.3检查后加以改善,检查槽及过滤器,原材料是否合适,并应在使用前滤洗,简单碳处理恢复浸金工艺,首先进行试验

故障7:7、铜上面镍的结合力差
原因:7.1微蚀不充分7.2活化时间太长.7.3活化时间太高.7.4水洗不充分
改善方法:7.1延长微蚀时间或提高温度.7.2减少活化时间.7.3降低温度7.4优化水洗条件

故障8:8、金层外观灰暗
原因:8.1镍层灰暗8.2金太厚
改善方法:8.1 缩短微蚀时间性或降低温度8.2降低浸金温度缩短浸金时间

故障9:9、镀层粗糙
原因:9.1化学镍溶液不稳定9.2化学镍溶液中有固体颗粒
改善方法:9.1调节温度9.2减少杂质来源,改善过滤

故障10:10、微蚀不均匀
原因:10.1清洗不充分10.2清洗剂老化或含有杂质10.3微蚀液老化(大于30G/L)10.4过腐蚀
改善方法:10.1增加在清洗剂里的时间或添加清洗剂.10.2更换清洗剂.10.3更换,微蚀10.4缩短腐蚀时间

七、问题与改善
现将一些较典型沉金问题成因及解决方法列入上表1,以供参考:
八、注意事项:
在沉金的过程中,员工操作时应注意安全,穿戴好防护服,防护镜,而且必须采用通风设备,于泄露液,应用抹布,毛巾或其它吸水性材料吸收泄露液,置于衬塑料的容器中,以回收金,将溶液存放于衬塑料的桶中以回收金。

结论

印制线路板沉金品质问题,应考虑整个沉金工艺的控制,包括沉前表面处理,沉镍,沉金,及沉金后处理。在沉金工序中,应讨论沉金量,沉金液,添加剂配方,成分之素质等等,对生产工艺的要求越来越高,一些传统的工艺控制方法已不能满足品质的要求,线路板公司应不断探索先进工艺,严格控制所有参数,加强管理才能不断改善产品品质。



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