PCB沉金工艺流程及其工艺控制技巧

  
   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?482),微蚀(60g/InaPS,2%H2SO4),活化(10瑃-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Ni? (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Ni?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S?,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。
  
  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出,以供参考:
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、重金属的污染.
2、稳定剂过量
3、搅拌太激烈
4、铜活化不恰当
改善方法:
1、减少杂质来源
2、检查维护方法,必要时进行改善
3、均匀搅拌,检查泵的出口
4、检查活化工艺
  故障2:搭桥:在线之间也镀上化学镍
原因:
1、用钯活化剂活化时间太长
2、活化剂里钯浓度太高.
3、活化剂里盐酸浓度太低
4、化学镍太活泼
5、铜与线之间没有完全被微蚀
6、水洗不充分
改善方法:
1、缩短活化时间
2、稀释活化剂,调节盐酸浓度
3、调节盐酸浓度
4、调节操作条件.
5、改善微蚀,微蚀时间稍长会更有利
  故障3:金太薄
原因:
1、浸金的温度太低.
2、浸金的时间太短.
3、金的PH值超过范围
改善方法:
1、检查后加以改善
2、延长浸金时间
3、检查后加以改善
故障4:
线路板变形
原因:
化学镍或浸金的温度太高.
改善方法:
降低温度.
  故障5:可焊性差
原因:
1、金的厚度不正确
2、化学镍或浸金工艺带来的杂质
3、工艺本身没有错误
4、线路板存放不恰当
5、最后一道水洗的效果不好.
改善方法:
1、金的最佳厚度是:0.05~0.1UM
2、来自于设备和操作者的原因
3、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
4、更换水,增加水流速度
  故障6:金层不均
原因:
1、转移时间太长.
2、镀液老化或受污染.
3、金浓度太低.
4、浸金工艺中,来自于设备的有机杂质
改善方法:
1、优化水洗并缩短转移时间.
2、化学镍重新开始
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:铜上面镍的结合力差
原因:
1、微蚀不充分
2、活化时间太长.
3、活化时间太高.
4、水洗不充分
改善方法:
1、延长微蚀时间或提高温度.
2、减少活化时间.
3、降低温度
4、优化水洗条件
  故障8:金层外观灰暗
原因:
1、镍层灰暗
2、金太厚
改善方法:
1、 缩短微蚀时间性或降低温度
2、降低浸金温度缩短浸金时间
  故障9:镀层粗糙
原因:
1、化学镍溶液不稳定
2、化学镍溶液中有固体颗粒
改善方法:
1、调节温度
2、减少杂质来源,改善过滤
  故障10:微蚀不均匀
原因:
1、清洗不充分
2、清洗剂老化或含有杂质
3、微蚀液老化(大于30G/L)10.4过腐蚀
改善方法:
1、增加在清洗剂里的时间或添加清洗剂.
2、更换清洗剂.
3、更换,微蚀
4、缩短腐蚀时间
 
 

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