PCB化镍金工艺控制

    一、沉金槽
    置换反应形式的浸金薄层,通常30分钟可达到极限厚度,由于镀液金的含量很低,一般为0.8-2G/L,溶液的扩散速度影响到大面积PAD位与小面积PAD沉积厚度的关异,一般来说,独立位小PAD位要比大面积PAD位金厚高100%也属于正常现象。金槽容积越大越好,不但金浓度变化小而有利于金厚控制,而且可以延长换槽周期。
  二、预浸槽
  预浸槽在制程中没有特别的作用,只是维持活化槽的酸度以及使铜面在新鲜状态(无氧化)下,进入活化槽。理想的预浸槽除了钯之外,其它浓度与活化槽一致,实际上,一般硫酸钯活化系列采用硫酸作预浸剂,盐酸钯活化系列采用盐酸作预浸剂,也有使用氨盐作预浸剂(PH值另外调节),否则,活化制程失去保护会造成钯离子活化液局部水解沉淀。
  三、活化槽
  活化的作用是在铜面析出一层钯,作为化学镍起始反应之催化晶核,其形成过程则为钯与铜的化学置换反应。从置换的反应来看,钯与铜的反应速度会越来越慢,当钯将铜完全覆盖后(不考虑浸镀的疏孔性),置换反应会停止,但实际生产中,不可能也不必要将铜面彻底活化,(将铜面完全覆盖),从成本上讲,这会使钯的消耗大幅上升,更重要的是,这样容易造成渗镀等严重品质问题。
  由于钯的本身特性,活化槽存在着不稳定这一因素,槽液中会产生细微的钯颗粒,这些颗粒不但会沉积在板的PAD 上,而且沉积在基材、板面及槽壁上,当其累计到一定程度,就可能造成板渗镀及槽壁发黑等现象。
  影响钯槽稳定性的主要因素除了药水系列不同之外,钯槽控制温度和钯离子浓度则是首要考虑的问题。温度越低,钯离子浓度越低,越有利于钯槽的控制,但不能太低,否则会影响活化效果,引起漏镀发生,温度在20-30度,钯离子在20-40PPM。在正常情况下,活化常出的钯离子残液体,在二级水洗过程中可以被洗干净,吸附在基材上的微量元素,在镍槽中不足以导致渗镀的出现,另一方面,如果说不正常因素导致基材吸附大量活化残液,并不是硫酸或盐酸能将其洗去,只能从根本上去调整钯槽或镍槽,增加后浸及水洗,其作用是避免水中钯含量太多而影响镍槽。
  需要留意的是,水洗槽中少量的钯带入镍槽,不会对镍槽造成太大的影响,所以不必太在意活化后水洗时间太短。一般情况下,二级水洗的时间控制在1-3分钟为佳,最重要的是活化后水洗不可使用超声波装置,否则,不但导致大面积漏镀,而且渗镀问题依然存在。
  四、沉镍槽
  化学沉镍是通过钯的催化作用下,NAH2PO2水解生成原子态H,同时H原子在钯催化条件下,将镍离子还原为单质镍而沉积在裸铜面上。作为沉镍,其本身也具备催化能力,由于其催化能力劣于钯晶体,所以反应初期主要是钯的催化作用在进行,当镍的沉积将钯晶体完全覆盖时,如果镍槽活性不足,化学沉积就会停止,于是漏镀问题就产生了,这种漏镀与镍缸活性严重不足所产生的漏镀不同,前者因已沉积大约20微英寸的薄镍,因而漏镀位在沉金后呈现白色粗糙金面,而后者根本无化学镍的沉积,外观至发黑的铜色。
  从化学镍沉积的反应看出,在金属沉积的同时,伴随着单质磷的析出,而且随着PH值的升高,镍的沉积速度加快的同时,磷的析出速度减慢,结果则是镍磷合金的P含量降低。反之。随着PH值的降低,镍磷合金的P含量升高。沉镍中,磷的含量一般在7-11%之间变化,镍磷合金的抗蚀性能优于电镀镍,其硬度也比电镀镍高。
  在化沉镍的酸性镀液中,当PH小于3时,化学镍沉积的反应就会停止,而当PH大于6时,镀液很容易产生NI(OH)2沉淀,所以,一般情况下,PH值控制在4.5-5.2之间,由于镍沉积过程产生氢离子(每个镍原子沉积的同时释放4个氢离子),所以生产过程中PH的变化是很快的,必须不断添加碱性药液来维持PH值的平衡。
  通常情况下,氨水和氢氧化钠都可以用于生产维持PH值的控制,两者在自动补药方面差别不大,但在手动补药时就应特别注意,加入氨水时,可以观察到蓝色镍氨络离子出现,随即扩散时蓝色消失,说明氨水对化学镍是良好的PH调整剂,在加入NAOH时,槽液立即出现白色氢氧化镍沉淀粉未析出,随着药水扩散,白色粉未在槽液的酸性环境下缓慢溶解,所以,当使用氢氧化钠作为化学镍的PH调整剂时,其配制浓度不能太高,加药时应缓慢加入,否则会产生絮状粉未,当溶解过程未彻底完成前,絮状粉未就会出现镍的沉积,必须将槽液过滤干净后,才可重新生产。
  在化学镍沉积的同时,会产生亚磷酸盐的副产物,随着生产的进行,亚磷酸盐浓度会越来越高,于是反应速度受生成物浓度的长高而抑制,所以镍槽寿命未期与初期的沉积速度相差1/3则为正常现象,但此先天不足采用调整反应物浓度方式予以弥补,开缸初期镍离子浓度控制在4.6g/l,随着MTO的增加镍离子浓度控制值随之提高,直至5.0G/L停止,以维持析出速度及磷含量的稳定,以确保镀层品质。
  影响镍槽活性最重要的因素是稳定剂的含量,常用的稳定剂是PB(CH3COO)2或硫脲。也有两种同时使用的,稳定剂的作用是控制化学沉镍的选择性,适量的稳定剂可以使活化后的铜面发生良好的镍沉积,而基材或绿油部分则不产生化学沉积,当稳定剂含量偏低时,化学沉镍的选择性变差,产品表面稍有活性的部分都发生镍沉积,于是渗漏问题就发生了,稳定剂含量偏高时,化学沉积的选择性太强,产品漏铜面只有活化效果很好的铜位才发生镍沉积,于是部分PAD位出现漏镀的现象。
  镀覆产品的装载量(以裸铜面积计)应适中,以0.2-0.5平方厘米/L为宜,负载太大会导致镍槽活性慢慢升高,甚至导致反应失控,负载太低会导致镍槽活性慢慢降低,造成漏镀问题,在批量生产过程中,负载尽可能保持一致,避免空槽或负载波动太大的现象,否则,控制镍槽活性的各参数范围就会变得很窄,很容易发生品质问题。
    镍层的厚度与镀镍时间呈线性关系,一般情况下,200微英寸镍层厚度需镀镍时间28分钟,150微英寸镍层厚度需镀镍时间21分钟左右,由于不同制板所须的活性不同,可考虑采用不同活化时间。
  五、除油槽
  一般情况,沉镍金采用酸性除油剂来处理制板,其作用在于去除铜面之轻度油脂及氧化物,达到铜面清洁及增加润湿的效果,它应当具备不伤材料,低泡型易水洗的特点,后以二级市水洗或三级水洗更佳。
  六、微蚀槽
  目的在于清洁铜面氧化及前工序遗留残渣,保持铜面新鲜及增加化学镍层的密着性,常用微蚀液为酸性SPS溶液。沉镍金生产也有使用双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液。由于铜离子对微蚀速率影响较大,通常须将铜离子的浓度控制在5-25G/L,以保证微蚀速率处于0。5-1。5UM,生产过程中,换槽时往往保留1/5-1/3槽旧液,以保持一事实上的铜离子浓度,也有使用少量氯离子加强微蚀效果。
  另外,由于带出的微蚀残液,会导致铜面在水洗过程中迅速氧化,所以微蚀后水持和流量以及浸泡时间都须特别考虑,否则,预浸槽会产生太多的铜离子,继而影响钯槽寿命,在条件允许的情况下,微蚀水洗后,再加入5%左右的硫酸浸洗后进入预浸槽。

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