创盈电路-化学镀镍槽液基本组成及其影响
1. 简介
为了达到更好的焊盘平整度、可焊性、焊点强度以及后续的可靠性，各种精密组装用的多层板逐渐改用化学镍金工艺作为各种SMT焊盘的可焊表面处理。化学镍金工艺如此受欢迎的原因有：（1）焊盘表面平整；（2）焊盘表面接触性、导电性优良；（3）具有打线能力，可取代电镀金；（4）高温下不氧化，可作为散热面。此工艺虽然有上述优点，但当遇到细小焊点较多的BGA或CAP相关产品时，逐渐出现可焊性差、焊点强度不足，甚至焊点开裂、分离后焊盘发黑等各种问题，让用户苦不堪言。本文就化学镍槽液中镍槽各组分所起的作用进行介绍，希望能够帮助用户更深入地了解化学镍槽的特性。
2、化学镍的基本组成
（一）镍离子：化学镍常用的镍离子来源有硫酸镍、氯化镍或醋酸镍。氯化镍由于其氯离子对金属有腐蚀作用，应用较少。醋酸镍性质与硫酸镍相似，但单价较高，商业应用较少。
(ii)还原剂：常见的还原剂有次磷酸钠、硼氢化钠、二甲胺硼烷、肼等，其还原性及还原电位如表一所示。镀层镍金的成分随还原剂不同而不同，可分为镍磷合金及镍硼合金，两者性能差异如表二所示。以目前印刷电路板对化学镍性能的要求而言，酸性镀液中磷镍合金更能符合要求。
（三）络合剂：络合剂的作用是稳定浆料中的游离镍离子，稳定浆料的pH值，防止镍盐或亚磷酸盐的沉淀。一般来说，化学镀镍所用的络合剂多带有醇、羟基或胺基等官能团，常用的络合剂如表3所示。
（四）稳定剂：化学镍镀液中存在上述三种成分（镍离子、还原剂、络合剂）时，有镍离子还原沉积的作用，但镀液很不稳定，无内稳定作用。目前的稳定剂主要可分为以下四类：（1）第Ⅵ族元素：硫、硒、碲。（2）含氧化合物：亚砷酸盐、碘酸盐、钼酸盐。（3）重金属：锡离子、铅离子、汞离子、锑离子。（4）不饱和有机酸：马来酸、衣康酸。目前商用配方主要以第Ⅵ族元素与金属结合为主。
3、化学镍浴的基本组成及特点
到目前为止，针对化学镍镀液提出的反应机理有很多，对于酸性磷镍合金沉积的反应速率，一般认为全反应公式如下：
[NiLm]-(n-2)
[Ni2++Ml-n]+-+H2O
Nio+P+-+Ml-n+H2 （1）
其中L为化学镍槽液中的络合剂，[NiLm]-(n-2)表示镍离子络合剂与整合剂形成的络合物的化学式。
（一）PH值：由化学镍槽的反应式（1）可知，每沉积1摩尔镍离子，就会生成3摩尔氢离子。随着反应的进行，镍槽溶液的酸性会越来越强，PH值也会越来越小。当镍槽的PH值越来越低时，反应速度会减慢（1），磷含量也会随之增加（2）。一般来说，沉积镍层的磷含量高于10%时，内应力会更低，耐腐蚀性能会更好，孔隙率会更低，无磁性。因此，在化学镍控制点的选择上，会根据产品的应用要求而做出调整。例如，对于不需要焊接的产品，可以考虑采用高磷控制点操作，以获得更高的耐腐蚀性能。为了避免操作过程中PH值变化过快，而引起镀液和沉积物特性的变化，PH缓冲剂的选择也很重要。好的PH缓冲剂，在槽液中加入酸时，缓冲区间要大一些，以保持PH值的稳定。反之，缓冲区间小，PH值变化较快（3）。表4为pH值对镀液及镀层的影响。
（二）镍与次磷酸：Lee等曾叙述过镍离子浓度、沉积速度与磷含量的关系。对于商业化学镍产品，镍浓度一般控制在5.5-5.6g/L之间，沉积速度会稳定并趋于一个常数值，而磷含量在镍浓度高于5g/L时会稳定并趋于一个常数值，而镍浓度高于5.8g/L时磷含量不再变化（4）。至于次磷酸浓度的变化，则会影响镀件的磷含量，次磷酸浓度越高，磷含量越高（5）。
（三）络合物：根据化学镍镀液的反应式（1），每还原1摩尔镍离子，就会生成3摩尔的磷酸。当这些磷酸副产物达到一定量时，就会与镀液中的游离镍离子结合，生成亚磷酸镍化合物，影响镀液的整体性能。因此，络合物的加入，会稳定镀液中游离镍离子的浓度，也就是提高对磷酸的耐受力（6）。另外，络合物的浓度也会影响镀液的沉积速度（7）。当镀液中加入少量络合物时，镀液的反应速度会明显提高，当反应速度达到最大值后，随着络合物比例的增加，反应速度趋于下降。
(四)稳定剂：稳定剂的选择及其操作范围非常重要，一般先设定温度、pH值、传质能力、槽液负荷等所有操作条件，然后再寻找合适的稳定剂种类及操作浓度。换言之，稳定剂的选择及操作浓度将决定化学镍槽液的所有特性。OMG报告指出，目前印刷电路板化学镍金工艺中出现的黑垫问题，主要是由于镍层中稳定剂共析出所致(8)。由于印刷电路板的镀层面积与传统电镀工业相差甚远，若直接采用传统电镀工业配方，则必须以假镀的方式增加槽液活性，以弥补镀物面积，即槽液负荷不足，因此常听闻因漏镀而产生黑垫的现象。对比不同浓度范围内两种配方在接头剪切试验（9）中的差异，可以发现新配方在50%~250%浓度下均能通过测试，而传统配方一旦偏离正常浓度就无法通过测试。这意味着新配方对于印刷电路板产品具有更宽的浓度操作范围。
结论四：市面上化学镍的基本组成（镍离子、还原剂、络合物）从原理上来说基本都是一样的，只是选择稳定剂不同，所以在选择溶液的时候一定要了解它的操作规范和要领！深圳市创盈电路板科技有限公司专注电路板制造11年，公司总部位于深圳，目前拥有江西单面及金属化工厂260余人，惠州高精密多层板生产基地400余人。公司拥有专业的电路板生产团队，拥有10年以上工作经验的高级工程师及专业管理人员110余人；拥有国内领先的自动化生产设备，PCB产品涵盖1-16层板、高TG板、厚铜板、软硬结合板、高频板、混合介质层压板、盲埋孔板、金属基板及无卤素板等。高精度电路板快速打样，单双面大宗订单6-7天交货，4-8层板9-12天交货，10-16层板15-20天交货，HDI板20天交货，双面打样最快8小时交货。欢迎大家莅临指导！