電鍍鎳金板生產(chǎn)中金面變色改善分析
發(fā)布時(shí)間：2018/12/01 16:36:34
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摘要：PCB電鍍鎳金生產(chǎn)過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生金面變色的問題，金是穩(wěn)定的金屬元素，理論上金的氧化并非自發(fā)，分析認(rèn)為出現(xiàn)三種情況會(huì)導(dǎo)致金面變色。本篇將從導(dǎo)致變色的生產(chǎn)流程重要環(huán)節(jié)上加以探討分析。
關(guān)鍵詞：電鍍鎳金板；金面變色
中圖分類號(hào)：TN41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-0096（2014）05-0048-04
1·前言
PCB表面電鍍鎳金主要在銅面上有了電鍍鎳、電鍍金組合，使鍍層具備了特性功能：（1）鎳作為銅面與金面之間的阻礙層防止銅離子遷移，同時(shí)作為蝕刻銅面保護(hù)層，免受蝕刻液攻擊有效的銅面；（2）鎳金鍍層具有優(yōu)越的耐磨能力，也同時(shí)具備較低的接觸電阻；（3）鎳金層表面也具有良好的可焊性能。
通過了解金的物理及化學(xué)性質(zhì)，分析金面發(fā)生變色是由3種情況引起：（1）鎳層的空隙率過大，銅離子遷移造成；（2）鎳面鈍化；（3）金面上附著的異物產(chǎn)生了離子污染。我們實(shí)驗(yàn)將從電鍍鎳、鍍金、養(yǎng)板槽、蝕刻管控、水質(zhì)要求等五個(gè)方面逐一加以分析，改善這一品質(zhì)問題。
2·電鍍鎳金流程
自動(dòng)電鎳金線流程中間是沒有上/下板動(dòng)作，手動(dòng)操作掛具容易破膠，破膠后的掛具容易藏藥水，不更換專用的掛具容易污染鍍金缸。
3·金面變色處理過程及實(shí)驗(yàn)部分
3.1電鍍鎳（氨基磺酸鎳體系）
3.1.1藥水使用參數(shù)
3.1.2鍍鎳的電流密度
鍍鎳的電流密度過大會(huì)直接導(dǎo)致陰極待鍍面析出的鎳呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)、鎳晶格孔隙過大，外觀上表現(xiàn)為鍍鎳粗糙。孔隙過大鎳下面的銅就會(huì)很容易遇酸、水、空氣氧化后向外擴(kuò)散，銅離子穿過鎳孔隙到達(dá)鍍金層后則會(huì)直接導(dǎo)致金面顏色異常或金面變色，鎳層作為銅與金面之間的阻隔層失效。
為了選擇合適的電流密度，我們做過電流密度、鍍板時(shí)間、鍍鎳厚度、鎳面孔隙率相關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)說明最佳電流密度為2.5A/dm2~2.7A/dm2，此電流密度下的孔隙率小于0.5個(gè)/cm2，而且電鍍效率也較高。若采用2.0A/dm2~2.2A/dm2的電流密度鍍板時(shí)間長(zhǎng)可能會(huì)影響生產(chǎn)效率。
通過鍍鎳時(shí)電流密度的管控，得到一個(gè)均勻細(xì)致的鍍層，在銅面與金面之間能起到良好的”阻隔”作用，能有效防止銅離子擴(kuò)散遷移。
3.1.3鎳缸的電解處理電流密度
鎳缸由于做板會(huì)帶進(jìn)雜質(zhì)，補(bǔ)充液位時(shí)水/輔料中也含有少量的雜質(zhì)，不斷的累積就需要用電解方法將雜質(zhì)去除，電解時(shí)建議采用電流密度（0.2~0.3）A/dm2為宜。若電解電流超過0.5A/dm2會(huì)導(dǎo)致上鎳過快，那么電解去除雜質(zhì)的效果也會(huì)變差，同時(shí)也浪費(fèi)了鎳。所以鎳缸的去除雜質(zhì)先采取（0.2~0.3）A/dm2電流密度進(jìn)行電解（2~3）H，后期采取0.5A/dm2電解（0.5~1）H即可，所取得的電解效果就非常好。
3.1.4鍍鎳后
鍍鎳后經(jīng)過水洗缸浸洗，將鍍好鎳板拆下放入養(yǎng)板槽水中，養(yǎng)板槽中需要添加1g/l~3g/l的檸檬酸，弱酸環(huán)境有助于保持鎳面活性。鍍鎳后建議在0.5h~1h內(nèi)完成鍍金工藝，不可以在養(yǎng)板槽防置時(shí)間過長(zhǎng)。
3.2鍍金
3.2.1金缸的過濾
金缸的過濾建議用1μm規(guī)格的濾芯連續(xù)過濾，正常生產(chǎn)時(shí)要每周更換一次濾芯。過濾效果差的金缸藥水顏色相當(dāng)于紅茶顏色，雜質(zhì)過多會(huì)導(dǎo)致鍍金后線邊發(fā)紅等問題。
3.2.2鍍金的均勻性
鍍金均勻性不良主要發(fā)生在手動(dòng)鍍金過程，手動(dòng)鍍金操作時(shí)使用的單夾具因鼓氣攪動(dòng)板偏離了中心位置，正反兩個(gè)受鍍面與陽極的距離不對(duì)等而導(dǎo)致鍍金厚度不均勻。經(jīng)測(cè)量靠近陽極的板面鍍金層偏厚，而偏離陽極位置的板面金偏薄，在鍍金薄地方容易引起變色。
改善方案：在鍍金的陰極鈦扁下面安裝兩塊PP材料的網(wǎng)格，間距約12cm~15cm，板在網(wǎng)格內(nèi)擺動(dòng)就受限制，鍍板兩面距離陽極鈦網(wǎng)的距離相差不大，所以鍍金就會(huì)厚度均勻。改善鍍金均勻性的效果非常理想。
3.2.3鍍金時(shí)要使用專用的夾具
手動(dòng)電鎳金使用的都是使用包膠夾具，包膠的夾具使用久就會(huì)存在包膠部分破損，破損的部位因清洗不足而藏有藥水。為防止夾具中藏有雜質(zhì)，故鍍金時(shí)必須使用專用的夾具，也就是在手動(dòng)鍍金流程中存在上下板的更換夾具操作流程，拆下來的板立即放入養(yǎng)板槽中，從保護(hù)金缸的出發(fā)這是非常重要的舉措。
3.3鍍鎳/鍍金后的養(yǎng)板槽
3.3.1養(yǎng)板槽水質(zhì)要求
不管是鍍鎳后養(yǎng)板槽還是鍍金后的養(yǎng)板槽水質(zhì)要求較高，都需要用10μs以內(nèi)電導(dǎo)率低的DI水。鍍鎳后放板的養(yǎng)板槽水中需要添加1g/L~3g/L的檸檬酸，保持鍍鎳后的鎳面活性。
鍍金后的養(yǎng)板槽水中需要添加1g/L~3g/L的碳酸鈉，若添加過多的碳酸鈉會(huì)加劇干膜溶出，水質(zhì)污濁對(duì)板面不利。
3.3.2養(yǎng)板槽水溫控制
養(yǎng)板槽一定要安裝冷卻水，水溫控制在18℃~25℃即可，水溫過高時(shí)較容易出現(xiàn)鎳面鈍化。在養(yǎng)板槽安裝冷卻水，經(jīng)過改善后我們發(fā)現(xiàn)鎳面鈍化問題立即得到大幅度的改善，鎳面鈍化出現(xiàn)金面變色問題基本上沒再發(fā)現(xiàn)。
3.3.3養(yǎng)板槽水更換頻率
鍍鎳、鍍金的養(yǎng)板槽建議每班更換一次水，提前換水并開啟冷卻系統(tǒng)為下一班生產(chǎn)做準(zhǔn)備。養(yǎng)板槽水之所以要勤更換，主要是鍍鎳后板面的藥水不易清洗干凈，板面還是有少量的殘留液帶進(jìn)養(yǎng)板槽水中，每班更換一次非常有必要的。加強(qiáng)鍍鎳后養(yǎng)板槽的管理目的就是避免鎳面鈍化/氧化，同時(shí)添加檸檬酸保持鎳面活性的過程。
3.4蝕刻
為驗(yàn)證蝕刻滯留時(shí)間對(duì)電鍍鎳金板變色的影響，為此做過針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分兩次進(jìn)行，采取相同的型號(hào)規(guī)格，在不同時(shí)間內(nèi)完成蝕刻，后通過檢查金面變色數(shù)量。
實(shí)驗(yàn)說明鍍金后若蝕刻不及時(shí)滯留時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)引起金面變色。鍍金后一般要做到在30分鐘內(nèi)蝕刻，放置過久容易出現(xiàn)金面雜質(zhì)污染越容易變色，特別是焊盤稍大些的板更要加強(qiáng)鍍金后蝕刻時(shí)間的管控，鍍金后立即蝕刻出來。
3.5水質(zhì)要求
（1）鍍金板在鍍銅以后的水洗都要用DI水質(zhì)，電導(dǎo)率最好控制在60μs以下。
（2）蝕刻后風(fēng)干前水洗也一定要用到DI水。蝕刻的酸洗缸做到每班更換酸洗一次，酸洗缸的銅離子影響金面變色。
（3）蝕刻烘干前的吸水海綿在生產(chǎn)過程中，上面也會(huì)不間斷地堆積過多的雜質(zhì)會(huì)污染板面，生產(chǎn)中要定期用DI水清洗，并每隔1~2個(gè)月更換一次吸水海綿。
鍍金后及時(shí)蝕刻以及提高水質(zhì)質(zhì)量可減少板面異物離子污染幾率，對(duì)改善變色行之有效。
4·總結(jié)
金面變色可能原因分析：（1）鎳層的空隙率過大，銅離子遷移造成；（2）鎳面鈍化；（3）金面上附著的異物發(fā)生了離子污染。
從以下五個(gè)方面采取措施，最終取得良好的效果，改善了變色這一品質(zhì)缺陷。
（1）鍍鎳缸管控措施：鍍鎳的電流密度要合適，電解鎳缸去雜質(zhì)處理要低電流密度，同時(shí)鍍完鎳后要在0.5h~1h內(nèi)完成鍍金工藝。
（2）鍍金缸管控措施：過濾建議用1μm規(guī)格的濾芯，要監(jiān)測(cè)下鍍金均勻性；使用專用的鍍金夾具。
（3）養(yǎng)板槽管控措施：水質(zhì)電導(dǎo)率要在10μs，每班換水，同時(shí)養(yǎng)板槽要保持水溫在18℃~25℃。
（4）蝕刻時(shí)間管控：建議鍍金后半小時(shí)內(nèi)完成蝕刻。
（5）水質(zhì)要求為：養(yǎng)板槽的水要勤換水、低電導(dǎo)率，特殊流程段也需要用到DI水質(zhì)。
