沉镍金技术培训教材详解.ppt
沉镍金技术培训教材内容 1.沉镍金工艺概念 3 2.沉镍金原理及工艺流程 10 3.化学溶液的特点 16 4.沉镍金工艺设备介绍 50 5.沉镍金工艺常见缺陷分析 63 6.生产应急措施及返工 95 7.沉镍金工艺的应用 95 第一部分 一、什么是化学镀 化学镀是在金属的催化作用下，通过可控的氧化还原反应产生金属沉积的过程。化学镀应具备的条件：1.氧化还原电位应明显低于金属还原电位；2.溶液不产生自发分解，只有在催化的情况下才有金属沉积；3.pH值和温度可调节镀层速度；4.有自催化作用；5.溶液有足够的寿命。 镀液成分：金属盐、还原剂、络合剂缓冲剂、pH调节剂、稳定剂促进剂、润湿剂、光亮剂二、什么是浸镀？ 通过金属化学置换反应获得镀层的工艺称为浸镀或置换镀。三、什么是浸镍金？ 又称化学镀镍金或浸镍金（金），是指在PCB的裸铜面上涂覆一层可焊镀层的工艺过程。其含义为：在裸铜面上先进行化学镀镍，然后再化学浸金。四、浸镍金工艺的目的浸镍金工艺不但能满足日益复杂的PCB装焊要求，而且比电镀镍金成本低，同时能有效保护导线边，防止使用过程中出现不良现象。
第二部分 镀镍金的原理及工艺流程 1、镀镍金的原理 作用： 为化学镍提供催化晶体 反应式：Pd2++CuPd+Cu2+ （二）化学镍作用： 在钯的催化作用下，Ni2+在还原条件下沉积在裸露的铜表面，当镍沉积覆盖钯催化晶体后，会继续进行自催化反应，直到达到要求的镍层厚度。 化学反应：Ni2+ +- ++-+4H++H2 副反应：--+2P+2H2O+H2 （三）沉金作用：是指通过化学置换反应，在活性镍表面沉积一层薄金，置换反应形成的沉金薄层，通常在20-30分钟即可达到最大厚度。 化学反应：2Au++Ni2Au+Ni2+ 二、工艺流程 除油→微蚀→预浸4~8min1~2min0.5~1.5min→活化→化学镀镍2~~~11min 化学溶液特性 （一）除油槽 1、除油剂：一般PCB镀镍工艺用除油剂为酸性液体材料，用于除去铜面的轻质油脂及氧化物，使铜面清洁，增加润湿性。 2、特性： A:不损伤面罩 B:低泡型，容易用水冲洗 3、操作条件 温度：50±10oC 时间：6±2min 过滤：5μmPP滤芯连续过滤 搅拌：摆动与液体循环搅拌 槽材质：PP或SUS 加热器：石英或特氟隆加热器 （二）微蚀槽 1、微蚀剂成分： 过硫酸钠 硫酸 H2SO4 作用：酸性过硫酸钠微蚀溶液用于粗化铜面，增加铜与化学镍层的附着力。
镍金沉金生产也有采用硫酸双氧水或酸性过硫酸钾微蚀液。2、操作条件：H2SO4：100±20g/：20±10g/lCu2+：5~25g/l温度：30±2OC时间：1.5±0.5min搅拌：摆动及液体循环搅拌或空气曝气槽材质：PVC或PP加热器：石英或聚四氟乙烯加热器3、铜浓度控制：由于Cu2+对微蚀速度影响较大，因此通常须将Cu2+浓度控制在5-25g/l，以保证微蚀速度在0.5-1.5μm之间。生产过程中，换缸时常保留1/5-1/3的母液(旧液)，以维持一定的Cu2+浓度。 4、逆流水洗：由于带出的微蚀残液在水洗过程中会导致铜面迅速氧化，所以必须特别考虑微蚀后的水质、流速以及浸泡时间。否则预浸槽会产生过多的Cu2+，影响钯槽的寿命。所以，如果条件允许（槽足够多），微蚀后进行二次逆流水洗，再加入5%左右的硫酸进行浸泡。二次逆流水洗后进入预浸槽。 （三）预浸槽 1、预浸剂：维持活化槽的酸性，使铜面在进入活化槽前保持新鲜状态（无氧化物）。 2、操作条件： 温度：室温 时间：1±0.5min 搅拌：摆动及液体循环搅拌 罐体材质：PVC或PP （四）活化罐 1、活化器 其作用是在铜表面析出一层钯，作为化学镍引发反应的催化晶核。
PCB镍金工艺的活化剂一般为硫酸、盐酸，现在使用较多的是硫酸钯活化液。业界也有用Ru()作为催化核心的，效果亦较理想。2、操作条件温度：27±3℃时间：4±2min槽体材质：PVC或PP控温：特氟隆涂层加热器或冷却盘管过滤：5μm PP滤芯连续过滤搅拌：摆动及液体循环搅拌3、消槽处理当槽壁、槽底出现灰黑色钯沉积物时，必须进行消槽处理，其过程为：加入1：1硝酸，开动循环泵，运转2h以上或直至槽壁黑色沉积物完全清除为止(必要时可加热至40~50OC)，硝酸放完后加水循环10~20min，放完后用水洗两次，DI水洗一次。 4、工艺维护除了药液系列不同外，影响钯缸稳定性的主要因素还有钯缸的控制温度和Pd2+浓度，是首要考虑的因素。温度越低，Pd2+浓度越低，越利于钯缸的控制。但也不能太低，否则会影响活化效果，造成漏镀。正常情况下钯缸温度设定在20-300C，其控制范围应为±10C，而Pd2+浓度控制在20-40ppm。至于活化效果，则根据需要选择合适的时间。5、逆流洗涤：洗涤槽中少量的Pd被带入镍缸，不会对镍缸造成太大的影响，所以不必过于担心活化后的洗涤时间太短。一般二次洗涤总时间控制在1-3min以内。
尤其重要的是活化后不能用超声波设备进行水洗，否则不但会出现大面积漏镀，而且渗镀问题依然存在。 （五）沉镍缸 1.镀液组成 A.金属盐是指Ni2+含量，不同系列的沉镍液浓度不同，PCB行业一般采用酸性镀液，其Ni2+浓度一般控制在4.5g/L～6.0g/l。 B.一般采用还原剂，其控制浓度一般为22～32g/l。镀液中主反应将Ni2+还原为金属Ni，副反应为自身的歧化反应，生成单质P。主反应和副反应过程中均有H2逸出。 2.镀层特性 A.磷含量根据溶液组成和操作条件不同，在7～11%之间变化； B.在热处理过程中，Ni3P结晶层状结构逐渐消失。 当磷含量高于8%时镀层呈非磁性；低于8%时镀层呈磁性； C.耐蚀性高，特别是磷含量较高时，在许多腐蚀介质中比电镀镍更耐蚀； 3.工艺维护 A.在酸性溶液中，PH<3时镍不会还原析出，随着PH值的增大，沉积速度加快，当PH>6时易生成Ni(OH)2沉淀，一般PH控制在4.5~5.0； B.随着NiSO4浓度的增加，沉积速度逐渐增加，而后趋于稳定或稍有下降。但此时溶液的稳定性下降； 4.操作条件 A.温度 不同系列的镍沉淀溶液，其控制范围不同。
一般情况下镍缸的操作范围是86±50C，有的溶液控制在81±50C，具体操作温度要根据试验结果确定，不同类型的板子可能操作温度也不同，一块板子良好的操作范围一般只有±20C，有的板子可能在±10C以内。B.时间条件镍层厚度和镀镍时间成线性关系，一般情况下200μin的镍层需要镀镍时间28min左右，而150μin的镍层需要镀镍时间21min左右。通常不调整溶液浓度或者提高温度来弥补时间不足造成的镍层厚度不足，必须根据客户的镍层要求设定合适的镀镍时间，否则可能造成活性不稳定，造成很多不良后果。C.浓度：不同供应商不同系列的溶液，浓度控制范围也不同。 由于化学镀镍本身的特性，控制其动态平衡的难度远大于化学镀铜，这可以用其控制范围窄来解释。因此最好使用自动加料器来控制溶液的浓度。人工加料很难保证每块板的良率。H. 缸体材料：由于镍缸和金缸的工作温度在80-900C，缸体不仅要耐高温，还不能容易漏电。因此镍缸一般采用316不锈钢，缸壁最好是镜面抛光。对于镍缸，如果只生产单、双面板，也可以考虑采用耐热的PP材料。对于盲孔板，由于走线复杂，在沉镍金生产过程中，线路之间可能会相互影响，容易造成漏镀，所以镍缸的工作温度比单、双面板高50C左右，甚至达到900C以上。
如果使用PP材质的镍缸，必然会有大量镍沉积在缸底，在操作上会造成很多问题。因此，如果镍缸及其附件，包括加热、抽气系统等都采用不锈钢材质，则可采用正面保护的方式抑制镍的沉积，不仅使镍缸操作更加简便，而且在成本上也避免了不必要的浪费。 （六）沉金缸 1.镀液成分 A.金盐即氰化钾金KAu(CN)2，含量为68.3%，其控制浓度一般为0.8g/l~2g/l B.添加剂 添加剂有氯化铵、柠檬酸铵及适量的稳定剂，常用EDTA来络合Ni2+，以稳定产物对反应速度的影响。 2.特性：由于金和镍的标准电极电位相差较大，在适当的溶液中会发生置换反应。 镍从溶液中置换出金，但随着置换出的金层厚度增加，镍会被完全覆盖，沉金反应终止。一般沉金层厚度较薄，通常在0.1μm左右，这样既能满足降低成本的要求，又能提高后续钎焊的合格率。3、操作条件温度：85±50C PH：4.5±0.5 加热：石英或聚四氟乙烯加热器搅拌：过滤循环搅拌摇摆：同镍缸槽体材质：内衬聚四氟乙烯的PP、FRP或SUS4、工艺维护通常情况下沉金缸浸入时间设定为7-11分钟，工作温度一般为80-900C，可根据客户对金厚要求，通过调节温度来控制金厚。
从生产角度来说，金缸的容积越大越好，不但Au浓度变化小，有利于金厚控制，还可以延长换缸周期。 5、逆流水洗 为了节省成本，金缸后需加装循环水洗，这样也可以减少对环境的污染，循环水洗最好控制在20-30秒内。 循环缸后一般还有二次逆流水洗，对于DI水压不稳定的情况，逆流水洗最好设计成三级，之后往往还要用热水冲洗。 第四部分 镍金工艺常见缺陷分析 1、漏镀 A、主要原因 系统活性(镍缸、钯缸)相对不足 铅、锡等铜面污染 B、问题分析 造成漏镀的原因是镍缸活性满足不了焊盘位置的反应势能，导致镍析出的化学反应中途停止，或者根本没有金属镍析出。 漏镀的特点是：如果某个焊盘位置漏镀，则与其相连的所有焊盘位置也都漏镀。当出现漏镀问题时，首先要分清是否是板面外部污染引起的，如果是，则对板面进行横向微蚀或磨板，以去除污染。影响体系活性的最重要因素是镍缸稳定剂的浓度，但因为操作和控制比较困难，一般不需要降低稳定剂浓度来解决此问题。影响体系活性的主要因素是镍缸温度，提高镍缸温度肯定有助于改善漏镀。如果不考虑外部环境和内部稳定性，无限期地提高镍缸温度应该可以解决漏镀问题。影响体系活性的次要因素是活化浓度、温度和时间，延长活化时间或提高活化浓度和温度肯定有助于改善漏镀。
由于活化温度、浓度过高，会影响钯缸的稳定性及其他板的生产，因此在这些次要因素中，延长时间是首选的改善措施。镍缸pH值、次磷酸钠及镍缸负荷等都会影响镍缸活性，但影响程度较小，且进程缓慢，因此不适合作为改善漏镀问题的主要方法。2、渗镀A、主要原因体系活性过高外界污染或前道工序残留物B、问题分析渗镀的主要原因是镍缸活性过高，导致选择性差，不但造成铜面化学沉积，还会在其他区域（如基板、绿油侧面等）发生化学沉积，导致不该沉积的地方发生化学镍、金沉积。当出现渗镀问题时，首先要分清是外界污染还是残留物（如铜、绿油等）引起的。 如果有，则用横向微蚀或其他方法除去镀层。增加稳定剂浓度是改善体系活性过高的最直接方法，但与漏镀问题的改善一样，由于操作和控制困难，不宜采用。降低镍缸温度是改善浸润镀层最有效的方法，理论上无限降低温度就可以完全解决浸润问题。降低钯缸温度和浓度，以及减少钯缸处理时间，都可以降低体系活性，有效改善浸润问题。降低镍缸pH值、次磷酸钠和镍缸负荷的控制范围，有利于浸润的改善，但因其影响小，过程缓慢，不宜作为改善浸润问题的主要方法。如果由于操作不当，钯缸或镍缸产生悬浮颗粒扩散到槽液中，应采用过滤或更新槽液的方法解决。
3、掉金 A、主要原因 镍缸后(沉金前)镍表面钝化，镍缸或金缸内杂质过多。 B、问题分析 金层与镍层分离，说明镍层与金层结合强度很差，镍表面异常，造成掉金。 镍表面钝化是造成掉金的主要因素，沉镍后在空气中暴露时间过长，水洗时间过长，都会引起镍表面钝化，导致结合强度差。当然水洗水质异常也可能造成镍层钝化。 至于镍缸还是金缸是掉金的主要原因，可以在实验室烧杯里做对比实验判断。若是，则更换槽液。 4、掉镍 A、主要原因 铜面不洁或活化后钯层表面钝化。 镍缸内促进剂不平衡。 B、问题分析 镍缸前道工序不良或铜面杂质（包括绿油残留）无法清除，影响镍层与铜面结合强度，从而造成镍脱落。若发生镍脱落，制板过程中先检查板面状况，区分是铜面杂质还是活化后钯层表面钝化所致。若是后者，则追踪活化后是否暴露在空气中时间过长或用水冲洗时间过长。若是铜面杂质造成镍脱落，则检查前处理层面微蚀是否正常，前处理前检查铜面是否异常。另外前处理过程中铜面残留硫脲溶液，严重时会造成镍金颜色粗糙或镍脱落。 镍缸内加入过多的促进剂（如）会造成镍沉积疏松，引起镍层剥落，常伴随镍表面出现无光泽（失去光泽）。
此时可用拖缸板(镍缸)消耗掉多余的促进剂，即可恢复生产。 5、不导通孔上金 A、主要原因 直接电镀或化学沉铜时钯残留过多，镍缸活性过高 B、问题分析 由于直接电镀导体吸附的Pd层很厚，所以在进行镍金沉金工序前，必须用“催化剂中毒”(毒化)的方法使其失活。“盐酸+硫脲”是目前毒化溶液的主流。水平线对孔壁的润湿效果远优于其他方法，其处理效果可由速度调整，还可进行水平微蚀。因此，水平毒化是解决不导通孔上金问题的理想方法。早期供应商已开发出沉金线路的毒化溶液，主剂多为硫脲。 可以完全避免金面粗糙的问题，但毒化效果有时不稳定，而且随来板批次不同而变化很大。因此，非导通孔内Pd厚度对毒化效果影响很大。另外，如果采用研制的毒化液进行横向毒化，孔壁润湿性要好，效果一定更理想。对于化学镀铜类型的板子，由于Pd层比较薄，一般可以通过降低镍缸活性来解决非导通孔上金的问题。但由于调整镍缸活性是为了控制渗镀和漏镀问题，因此人们不愿意因为非导通孔上金的问题而缩小镍缸活性的控制范围。因此通常采用毒化的方法使残留的Pd失活。对于镍缸，活性过高也会造成非导通孔上金。因此，不宜使用额外的促进剂(如)来调整镍缸活性。
若正常控制下非导通孔上仍有少量镀金问题，可通过降低镍缸温度或延长毒化时间来解决。 6.金面粗糙 A.主要原因 铜面粗糙(镀铜) 铜面不洁 镍缸溶液不平衡 B.问题分析 电镀引起的铜面粗糙，只能通过调整电镀时的光剂或电流密度来改善。至于沉金线条，水平微蚀无法明显改变其粗糙度，对于铜面不洁，可以考虑使用磨板或水平微蚀进行改善，可解决铜面不洁引起的金面粗糙。 对于沉金工艺，水平前处理毒化液(硫脲)残留在板面非常容易造成此问题，所以硫脲缸(毒化)后的运送滚轮及水洗效果必须时刻保持干净，风刀的角度须保证在板子未干透前能吹走板面水滴。 镍缸溶液不平衡也会造成镀层疏松或粗糙。影响镀镍粗糙的主要原因是促进剂太高或稳定剂太少。至于改善措施，可在实验烧杯中加入稳定剂，分别以1ml/L、2ml/L、3ml/L进行对比试验，此时会发现镍面逐渐变亮。找出合适比例，将稳定剂加入镍缸试板，重新制作。需要注意的是，溶液不平衡往往是加药过程中的偏差，只要纠正错误偏差，调整稳定剂并不是危险的操作。七、角部平镀 A、主要原因 镍缸循环局部过快 镍缸温度局部过高 镍缸稳定剂浓度过高 B、问题分析 角部平镀是指化学镀镍时，焊盘拐角处出现镍不沉积的现象。
它通常具有方向性特征，如圆形垫片同方向有月牙状无镍镀层，方形垫片有一面完好，对面则严重无镍，两面逐渐恶化。对于镍缸局部循环过快，常因镍缸药液循环设计不合理或出水管变形引起，其特点是问题发生在镍缸的某个角落，当然板面气流冲击不合理也会造成此问题。对于镍缸温度局部过热，常发生在副缸溢流设计的镍缸，当水位不足时，副缸温度往往比主缸高5摄氏度以上，溢流热水流量小，往往只在主缸顶层扩散，造成生产板面顶层转角平镀。 对于镍缸稳定剂浓度过高，只要来料（药水供应）没有大的质量问题，通过添加适量促进剂或拖缸即可解决问题。 8、金面颜色不好 A、主要原因 金缸内稳定剂（络合剂）太多 金层厚度严重不足 金缸使用年限过长或未洗干净 B、问题分析 金面颜色不好主要有两种表现形式，一是金缸内稳定剂（络合剂）太多或金层厚度严重不足导致金面发白，二是金缸使用年限过长或未洗干净导致金面氧化。 金缸稳定剂补充过多时，经常会出现金面发白而金层厚度正常的情况，这种情况常发生在新缸初期。 这种情况下，只要不坚守测试分析的控制范围，停止补充几次，颜色就会逐渐变成金黄色。
当然，提高沉金缸温度也会在一定程度上改善金面颜色。金层厚度严重不足而导致颜色发白的主要原因是沉金缸温度低于下限太多或金盐浓度严重不足，使金层不能完全覆盖镍的颜色，导致金面发白。对于沉金缸后的水洗工序，残留的药水会对金面造成污染。特别是对于回收缸，浸泡时间最好控制在半分钟左右。对于金面被污染的板子，经过烘干缸或自然干燥后，金面会出现褐色斑点。可用酸洗或普通橡皮擦去除。当金缸使用年限过长时，槽液中杂质堆积越来越多，金面也容易出现褐色斑点。因此，沉金后的水洗必须严格控制，特别是回收缸中药水的浓度不宜过高。九、 漏镀 A.特别注意 这里指的是一块板子上同时出现漏镀和渗镀的情况。 B.问题分析 漏镀和渗镀是沉镍金过程中最常见的问题。首先要区分问题是外界污染还是残留物（包括残铜）引起的，如果是，则通过磨板或横向微蚀的方法去除。当同一块板子上同时出现漏镀和渗镀时，说明系统的活性不能满足制板的要求，提高活性会加剧渗镀的发生，降低活性则导致漏镀加剧。所以唯一的改善措施就是针对渗镀和漏镀的特点，对钯缸和镍缸进行调整。首先，漏镀的原因是镍缸的选择性太强，导致活化效果不好的焊盘位置镍沉积的化学反应中途停止或根本沉积不出金属镍。
因此，唯一可以做到的事情（不考虑调整加速器和稳定剂的浓度）是大大改善激活效果，并减少每个垫子之间的激活效果，以便为镍缸的渗透性提供了较差的时间，以便调整渗透率。活化缸的温度可以被认为是增加的（最好不超过300C），并且可以同时将PD2+浓度同时增加10-20ppm，从而将镍缸的温度降低到适当的问题，可以解决泄漏和渗透的局面，从而散发出渗透性的范围。化学反应原理的培训。 其次，激活缸是PD2+和CU的替代反应，在初始反应中，PD的沉积与客观环境有很大的变化，但是随着PD层的变化，化学反应速度会逐渐降低，然后在延伸量的情况下延伸，以延长垫子的速度，以延长填充物的反应。垫子之间的激活效果差异。 G.熔点约为。柠檬酸，乙酸，琥珀酸，苹果酸，乳酸及其盐，氯化铵，焦磷酸铵，乙二胺，三乙醇胺等例如硫脲和三氯化钼是用于化学镍镀层的催化剂毒药。
但是，如果含量很小，则对板的稳定效果，如果镀料溶液会失败，并且镍不能沉积板的PCB（裸铜表面）的加载量应为0.1〜0.5dm2/l，会导致镍缸的活性逐渐增加，甚至导致反应逃跑，导致严重的后果会导致镍的活性逐渐降低。加热电镀溶液时，必须有空气搅拌或连续的循环系统，以使加热的电镀溶液迅速扩散。 当储罐的内壁用镍层铺板时，可以在适当的情况下以硝酸去除加热音量：每小时10次倒闭（每小时泵送的液体量的量。 G.自动剂量：镍缸的自动剂量是基于感测Ni2+在水箱液体中的透射率的原理，并且根据吸光度的变化来测量Ni2+的浓度。
When the Ni2+ , the peak , so the in the of the , and the Ni2+ is . When the Ni2+ value is lower than the set value, the to add until the Ni2+ value the set value, and the pump stops . The flow of other is in to the ratio, and the time is with the Ni2+ pump. * * of -gold 5. of -gold The of is at 4-5μm. Its is the same as that of gold . It not only the and the of , but also has a and wear , and has good . 浸入金的厚度通常在0.03-0.1μm处控制，在镍表面具有良好的保护作用，并具有良好的接触性能。手机，电子词典）使用化学浸入金来保护镍表面。通常是二次洗涤。 如果水压和流量不稳定或经常变化，则最好将逆流洗涤作为第三级水洗。