PCB表面處理制程-化金工藝

1、化學(xué)鎳金1.1基本步驟脫脂→水洗→中和→水洗→微蝕→水洗→預(yù)浸→鈀活化→吹氣攪拌水洗→無電鎳→熱水洗→ 無電金→回收水洗→后處理水洗→干燥1.2無電鎳A. 一般無電鎳分為"置換式"與"自我催化"式其配方極多，但不論何者仍以高溫鍍層質(zhì)量較佳B. 一般常用鎳鹽為氯化鎳(Nickel Chloride)C. 一般常用還原劑有次磷酸鹽類(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/聯(lián)氨 (Hydrazine)/硼氬化合物(Borohydride)/硼氫化合物(Amine Borane)D. 螯合劑以檸檬酸鹽(Citrate)最常見。E. 槽液酸堿度需調(diào)整控制，傳統(tǒng)使用氨水(AmONia)，也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)，除可調(diào)整PH及比氨水在高溫下穩(wěn)定，同時具有與檸檬酸鈉結(jié)合共為鎳金屬螯合劑，使鎳可順利有效地沉積于鍍件上。F. 選用次磷二氫鈉除了可降低污染題目，其所含磷對鍍層質(zhì)量也有極大影率。G. 此為化學(xué)鎳槽其中一種配方。配方特性分析：a. PH值影響：PH低于8會有混濁現(xiàn)像發(fā)生，PH高于10會有分解發(fā)生，對磷含量及沉 積速率及磷含量并無明顯影響。b.溫度影響：溫度影響析出速率很大，低于70°C反應(yīng)緩慢，高于95°C速率快而無法控制.90°C最佳。c.組成濃度中檸檬酸鈉含量高，螯合劑濃度進(jìn)步，沉積速率隨之下降，磷含量則隨螯合 劑濃度增加而升高，三乙醇氨系統(tǒng)磷含量甚至可高到15.5%上下。d.還原劑次磷酸二氫鈉濃度增加沉積速率隨之增加，但超過0.37M后槽液有分解現(xiàn)像， 因此其濃度不可過高，過高反而有害。磷含量則和還原劑間沒有明確關(guān)系，因此一般 濃度控制在O.1M左右較洽當(dāng)。e.三乙醇氨濃度會影響鍍層磷含量及沉積速率，其濃度增高磷含量降低沉積也變慢， 因此濃度保持約0.15M較佳。他除了可以調(diào)整酸堿度也可作金屬螯合劑之用f.由探討得知檸檬酸鈉濃度作通當(dāng)調(diào)整可有效改變鍍層磷含量H. 一般還原劑大分為兩類：次磷酸二氫鈉(NaH2PO2H2O，Sodium Hypophosphate)系列及硼氫化鈉(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氫化鈉價貴因此市面上多以次磷酸二氫鈉為主 一般公認(rèn)反應(yīng)為：[H2PO2]- H2OA H [HPO3]2- 2H(Cat) -----------(1)Ni2 2H(Cat)a Ni 2H ----------------------------------(2)[H2PO2]- H(Cat)a H2O OH- P----------------------(3)[H2PO2]- H2Oa H [HPO3]2- H2------------------(4)銅面多呈非活化性表面為使其產(chǎn)生負(fù)電性以達(dá)到"啟鍍"之目銅面采先長無電鈀方式反應(yīng)中有磷共析故，4-12%含磷量為常見。故鎳量多時鍍層失往彈性磁性，脆性光澤增加，有利防銹不利打線及焊接。1.3無電金A. 無電金分為"置換式鍍金"與"無電金"前者就是所謂"浸鍍金"(lmmersion Gold plATIng) 鍍層薄且底面鍍滿即停止。后者接受還原劑供給故可使鍍層繼續(xù)增厚無電鎳。B. 還原反應(yīng)示性式為：還原半反應(yīng)：Au e- Au0 氧化半反應(yīng)式: Reda Ox e- 全反應(yīng)式:：Au Red aAu0 Ox.C. 化學(xué)鍍金配方除提供黃金來源錯合物及促成還原還原劑，還必須并用螯合劑、安定劑、緩沖劑及膨潤劑等才能發(fā)揮效用。D. 部份研究報告顯示化學(xué)金效率及質(zhì)量改善，還原劑選用是關(guān)鍵，早期甲醛到近期硼氫化合物，其中以硼氫化鉀最普遍效果也佳，若與他種還原劑并用效果更理想。代表反應(yīng)式如后：還原半反應(yīng)：Au(CN)-2 e-a Au0 2CN-氧化半反應(yīng)式：BH4- H2O a BH3OH- H2BH3OH- 30H- a BO2- 3/2H2 2H20 3e-全反應(yīng)式：BH3OH" 3AU(CN)z" 30H-， BOz吐 /2Hz 2H，0 3Auo　 6CN-E. 鍍層之沉積速率隨氫氧化鉀及還原劑濃度和槽溫進(jìn)步而提升，但隨氰化鉀濃度增加而降低。F. 已貿(mào)易化制程操縱溫度多為9O℃左右，對材料安定性是一大考驗。G. 細(xì)線路底材上若發(fā)生橫向成長可能產(chǎn)生短路危險H. 薄金易有疏孔易形成Galvanic Cell Corrosion K。薄金層疏孔題目可經(jīng)過含磷后處理鈍化方式解決。1.4制程重點：A. 堿性脫脂：為防止鈀沉積時向橫向擴散，初期使用檸檬酸系清潔劑。后因綠漆有疏水性，且堿性清潔劑效果又較佳，同時為防止酸性清潔劑可能造成銅面鈍化，故采磷酸鹽系直煉非離子性清潔劑，以輕易清洗為訴求。B. 微蝕：其目在往除氧化獲得新鮮銅面，同時達(dá)到盡對粗度約0.5-1.0μm之銅面，使得鍍鎳金后仍能獲得相當(dāng)粗度，此結(jié)果有助打線時之拉力。配槽以SPS 150g/l加少量鹽酸，以保持氯 離子約2OOppm 為原則，以進(jìn)步蝕刻效率。C. 銅面活化處理：鈀約3ppm，操縱約40℃，一分鐘，由于氯化鈀對銅面鈍化比硫化鈀為快，為得較好鎳結(jié)協(xié)力自然是硫化鈀較適當(dāng)。由于鈀作用同時會有少量Cu 會產(chǎn)生，它可能還原成Cu也可能 氧化成Cu ，若成為銅原子則沉積會影響鈀還原。為使鈀還原順利須有吹氣攪拌，風(fēng)量約 為0./~O.15M3/M2*min以上，促使亞銅離子氧化并釋出以還原鈀，完成無電鎳沉積動作。D. 活化后水洗：為防止鎳層擴散，清除線路間之殘鈀至為重要，除強烈水洗也有人用稀鹽酸浸漬以轉(zhuǎn)化死角硫化鈀防止鎳擴散。為促進(jìn)鎳還原，熱水預(yù)浸將有助于成長及均勻性，其想法在進(jìn)步活 性使大小面積及高低電壓差皆因進(jìn)步活性而使差異變小以達(dá)到均一目。E. 無電鎳：操縱溫度85±5℃ ，PH4.5~4.8，鎳濃度約為4.9~5.1 g/l間，槽中應(yīng)保持鎳濃度低于5.5 ，否則有氫氧化沉淀可能，若低于4.5g/l則鍍速會減慢，正常析出應(yīng)以15μm/Hr，Bath loading則應(yīng)保持約0.5~1.5)dM2/l，鍍液以5 g/l為標(biāo)準(zhǔn)鎳量經(jīng)過5個Turn即必須更槽否則析出鎳質(zhì)量會變差。鎳槽可以316不銹鋼制作，槽體事先以50%硝酸鈍化，并以槽壁 外加電解陽極以防止鎳沉積，陰極可接于攪拌葉通以0.2~0.4 A/M2(0.018~0.037 ASF)低 電流，但須留意不能在槳葉區(qū)產(chǎn)生氣泡否則代表電流太強或鎳鍍層太厚必須燒槽。建浴操 作應(yīng)維持在PH=5~4.7間，可用NaOH或H2S04調(diào)整，PH低于4.8會出現(xiàn)混濁，槽液老化PH 操縱范圍也會逐漸進(jìn)步才能維持正常析出速度。因線路底部為死角，易留置反應(yīng)后所留殘堿，因此對綠漆可能產(chǎn)生不利影響，必須以加強攪拌及震動使殘堿及氣泡往除。F. 無電鎳磷含量：一般無電鎳多以"次磷酸二氫鈉"為還原劑，故鍍層會含有一定量磷約4~6%，且部份呈結(jié)晶狀?？嗪吭?~8% 中含量則多數(shù)呈非結(jié)晶狀，當(dāng)高達(dá)12%以上則幾乎全呈非結(jié)晶組織。就打線而言，中磷含量及硬度在500~600HV最佳，焊錫性也以9%最好。一般在添加四回后析出磷含量就會達(dá)到10%應(yīng)考慮換槽，打線用厚度應(yīng)在130μ以上。G. 無電金：以檸檬酸為錯合劑化學(xué)金槽，含金5g/l，槽體以PP為材質(zhì)。PH=5.1~5.3時可與銅作用，PH=4.5~4.8時可與鎳作用實行鍍金，PH可以檸檬酸調(diào)整之。一般操縱溫度在85℃，厚度幾乎會停止在2.5μ"左右，大約五分鐘就可達(dá)到此厚度，高溫度固然可加快成長但因結(jié)晶粗反而防蝕能力較差。由于大半采置換反應(yīng)，因此會有不少鎳溶進(jìn)液中，良好治理最好不要讓鎳濃度超過2OOppm，到40Oppm時金屬外觀及附著力都變差，藥水甚至變綠變黑，此時必須更槽。金槽對銅離子極敏感，2Oppm以上析出就會減緩，同時會導(dǎo)致應(yīng)力增大。鍍鎳后也不宜久置，以免因鈍化而無法析鍍，故鎳后水洗完應(yīng)盡速進(jìn)進(jìn)金槽，有時為了特定狀況則作10%檸檬酸浸泡再進(jìn)進(jìn)金槽也能改善一些結(jié)協(xié)力。經(jīng)鍍金后鍍面仍難免有部份疏孔，此鍍件經(jīng)水洗后仍應(yīng)經(jīng)一道封孔處理，如此可使底層鎳經(jīng)有機磷處理增加其耐蝕性。