1、1、作用与特性P C B（是英文 Printed Circuie Board 印制线路板的简称）上用镀镍来作为贵金属和贱金属的衬底镀层，对某些单面印制板，也常用作面层。对于重负荷磨损的一些表面，如开关触点、触片或插头金，用镍来作为金的衬底镀层，可大大提高耐磨性。当用来作为阻挡层时，镍能有效地防止铜和其它金属之间的扩散。哑镍/金组合镀层常常用来作为抗蚀刻的金属镀层，而且能适应热压焊与钎焊的要求，唯读只有镍能够作为含氨类蚀刻剂的抗蚀镀层，而不需热压焊又要求镀层光亮的 PCB，通常采用光镍/金镀层。镍镀层厚度一般不低于 2.5 微米，通常采用 4-5 微米。PCB 低应力镍的淀积层，通常是用改性型的
2、瓦特镍镀液和具有降低应力作用的添加剂的一些氨基磺酸镍镀液来镀制。我们常说的 PCB 镀镍有光镍和哑镍（也称低应力镍或半光亮镍），通常要求镀层均匀细致，孔隙率低，应力低，延展性好的特点。 2、氨基磺酸镍（氨镍）氨基磺酸镍广泛用来作为金属化孔电镀和印制插头接触片上的衬底镀层。所获得的淀积层的内应力低、硬度高，且具有极为优越的延展性。将一种去应力剂加入镀液中，所得到的镀层将稍有一点应力。有多种不同配方的氨基磺酸盐镀液，典型的氨基磺酸镍镀液配方如下表。由于镀层的应力低，所以获得广泛的应用，但氨基磺酸镍稳定性差，其成本相对高。3、改性的瓦特镍（硫镍）改性瓦特镍配方，采用硫酸镍，连同加入溴化镍或氯化镍。由
3、于内应力的原因，所以大都选用溴化镍。它可以生产出一个半光亮的、稍有一点内应力、延展性好的镀层；并且这种镀层为随后的电镀很容易活化，成本相对底。支持 0 4、镀液各组分的作用：主盐氨基磺酸镍与硫酸镍为镍液中的主盐，镍盐主要是提供镀镍所需的镍金属离子并兼起着导电盐的作用。镀镍液的浓度随供应厂商不同而稍有不同，镍盐允许含量的变化较大。镍盐含量高，可以使用较高的阴极电流密度，沉积速度快 ，常用作高速镀厚镍。但是浓度过高将降低阴极极化，分散能力差，而且镀液的带出损失大。镍盐含量低沉积速度低，但是分散能力很好，能获得结晶细致光亮镀层。缓冲剂硼酸用来作为缓冲剂 ，使镀镍液的 PH 值维持在一定的范围内。实践
4、证明，当镀镍液的 PH 值过低，将使阴极电流效率下降；而 PH 值过高时，由于 H2 的不断析出 ，使紧靠阴极表面附近液层的 PH 值迅速升高，导致 Ni(OH)2 胶体的生成，而 Ni(OH)2 在镀层中的夹杂，使镀层脆性增加，同时 Ni(OH)2 胶体在电极表面的吸附，还会造成氢气泡在电极表面的滞留，使镀层孔隙率增加。硼酸不仅有 PH 缓冲作用，而且他可提高阴极极化，从而改善镀液性能，减少在高电流密度下的“烧焦“ 现象。硼酸的存在还有利于改善镀层的机械性能。阳极活化剂除硫酸盐型镀镍液使用不溶性阳极外，其它类型的镀镍工艺均采用可溶性阳极。而镍阳极在通电过程中极易钝化，为了保证阳极的正常溶解，
5、在镀液中加入一定量的阳极活化剂。通过试验发现，CI氯离子是最好的镍阳极活化剂。在含有氯化镍的镀镍液中，氯化镍除了作为主盐和导电盐外，还起到了阳极活化剂的作用。在不含氯化镍或其含量较低的电镀镍液中，需根据实际性况添加一定量的氯化钠。 溴化镍或氯化镍还常用来作去应力剂用来保持镀层的内应力，并赋与镀层具有半光亮的外观。添加剂添加剂的主要成份是应力消除剂，应力消除剂的加入，改善了镀液的阴极极化，降低了镀层的内应力，随着应力消除剂浓度的变化，可以使镀层内应力由张应力改变为压应力。常用的添加剂有：萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等。与没有去应力剂的镍镀层相比，镀液中加入去应力剂将会获得均匀细致并具有半光亮的镀层
6、。通常去应力剂是按安培一小时来添加的（现通用组合专用添加剂包括防针孔剂等）。润湿剂在电镀过程中，阴极上析出氢气是不可避免的，氢气的析出不仅降低了阴极电流效率，而且由于氢气泡在电极表面上的滞留，还将使镀层出现针孔。镀镍层的孔隙率是比较高的，为了减少或防止针孔的产生，应当向镀液中加入少量的润湿剂，如十二烷基硫酸钠、二乙基已基硫酸钠、正辛基硫酸钠等，它是一种阴离子型的表面活性物质，能吸附在阴极表面上，使电极与溶液间的界面张力降低，氢气泡在电极上的润湿接触角减小，从而使气泡容易离开电极表面，防止或减轻了镀层针孔的产生。 5、镀液的维护a）温度不同的镍工艺，所采用的镀液温度也不同。温度的变化对镀镍过程的
7、影响比较复杂。在温度较高的镀镍液中，获得的镍镀层内应力低 ，延展性好，温度加致 50 度 C 时镀层的内应力达到稳定。一般操作温度维持在 55-60 度 C。如果温度过高，将会发生镍盐水解，生成的氢氧化镍胶体使胶体氢气泡滞留，造成镀层出现针孔，同时还会降低阴极极化。所以工作温度是很严格的 ，应该控制在规定的范围之内，在实际工作中是根据供应商提供的最优温控值 ，采用常温控制器保持其工作温度的稳定性。b）PH 值 实践结果表明，镀镍电解液的 PH 值对镀层性能及电解液性能影响极大。在 PH2 的强酸性电镀液中，没有金属镍的沉积，只是析出轻气 。一般 PCB 镀镍电解液的 PH 值维持在 34 之间
8、 。PH 值较高的镀镍液具有较高的分散力和较高的阴极电流效率。但是 PH 过高时，由于电镀过程中阴极不断地析出轻气，使阴极表面附近镀层的 PH 值升高较快，当大于 6 时，将会有轻氧化镍胶体生成，造成氢气泡滞留，使镀层出现针孔。氢氧化镍在镀层中的夹杂 ，还会使镀层脆性增加。PH 较低的镀镍液，阳极溶解较好，可以提高电解液中镍盐的含量，允许使用较高的电流密度，从而强化生产。但是 PH 过低 ，将使获得光亮镀层的温度范围变窄。 加入碳酸镍或碱式碳酸镍，PH 值增加 ；加入氨基磺酸或硫酸， PH 值降低，在工作过程中每四小时检查调整一次 PH 值。c）阳极目前所能见到的 PCB 常规镀镍均采用可溶性
9、阳极 ，用钛篮作为阳极内装镍角已相当普遍。其优点是其阳极面积可做得足够大且不变化，阳极保养比较简单 。钛篮应装入聚丙烯材料织成的阳极袋内防止阳极泥掉入镀液中。并应定期清洗和检查孔眼是否畅通。新的阳极袋在使用前，应在沸腾的水中浸泡。 d）净化当镀液存在有机物污染时，就应该用活性炭处理。但这种方法通常会去除一部分去应力剂（添加剂），必须加以补充。其处理工艺如下；（1）取出阳极，加除杂水 5ml/l，加热（6080 度 C）打气（气搅拌）2 小时。（2）有机杂质多时，先加入 35ml/lr 的 30%双氧水处理，气搅拌 3 小时。（3）将 35g/l 粉末状活性在不断搅拌下加入，继续气搅拌 2 小时
10、，关搅拌静置 4小时，加助滤粉使用备用槽来过滤同时清缸。（4）清洗保养阳极挂回，用镀了镍的瓦楞形铁板作阴极，在 0.50.1 安/平方分米的电流密度下进行拖缸 812 小时（当镀液存在无机物污染影响质量时，也常采用）（5）换过滤芯（一般用一组棉芯一组碳芯串联连续过滤，按周期性便换可有效延期大处理时间，提高镀液的稳定性），分析调整各参数、加入添加剂润湿剂即可试镀。 e)分析镀液应该用工艺控制所规定的工艺规程的要点，定期分析镀液组分与赫尔槽试验，根据所得参数指导生产部门调节镀液各参数。f)搅拌镀镍过程与其它电镀过程一样 ，搅拌的目的是为了加速传质过程，以降低浓度变化，提高允许使用的电流密度上限。对
11、镀液进行搅拌还有一个十分重要的作用，就是减少或防止镀镍层产生针孔。因为，电镀过程中，阴极表面附近的镀离子贫乏，氢气的大量析出 ，使 PH 值上升而产生氢氧化镍胶体，造成氢气泡的滞留而产生针孔。加强对留镀液的搅拌，就可以消除上述现象。常用压缩空气、阴极移动及强制循环（结合碳芯与棉芯过滤）搅拌。g)阴极电流密度阴极电流密度对阴极电流效率、沉积速度及镀层质量均有影响。测试结果表明，当采用 PH 较底的电解液镀镍时，在低电流密度区，阴极电流效率随电流密度的增加而增加；在高电流密度区，阴极电流效率与电流密度无关，而当采用较高的 PH 电镀液镍时，阴极电流效率与电流密度的关系不大。与其它镀种一样，镀镍所选
12、取的阴极电流密度范围也应视电镀液的组分、温度及搅拌条件而定，由于 PCB 拼板面积较大，使高电流区与低电流区的电流密度相差很大，一般采用 2A/dm2 为宜。6、故障原因与排除a) 麻坑：麻坑是有机物污染的结果。大的麻坑通常说明有油污染。搅拌不良，就不能驱逐掉气泡，这就会形成麻坑。可以使用润湿剂来减小它的影响,我们通常把小的麻点叫针孔，前处理不良、有金属什质、硼酸含量太少、镀液温度太低都会产生针孔，镀液维护及工艺控制是关键，防针孔剂应用作工艺稳定剂来补加。b) 粗糙、毛刺 ：粗糙就说明溶液脏，充分过滤就可纠正（PH 太高易形成氢氧化物沉淀应加以控制）。电流密度太高 、阳极泥及补加水不纯带入杂质
13、，严重时都将产生粗糙及毛刺。c) 结合力低：如果铜镀层未经充分去氧化层，镀层就会剥落现象，铜和镍之间的附着力就差 。如果电流中断 ，那就将会在中断处 ，造成镍镀层的自身剥落，温度太低严重时也会产生剥落。d) 镀层脆、可焊性差：当镀层受弯曲或受到某种程度的磨损时，通常会显露出镀层脆。这就表明存在有机物或重金属什质污染，添加剂过多、夹带的有机物和电镀抗蚀剂，是有机物污染的主要来源，必须用活性炭加以处理，添加济不足及 PH 过高也会影响镀层脆性。e) 镀层发暗和色泽不均匀 ：镀层发暗和色泽不均匀，就说明有金属污染。因为一般都是先镀铜后镀镍，所以带入的铜溶液是主要的污染源。重要的是 ，要把挂具所沾的铜
14、溶液减少到最低程度。为了去除槽中的金属污染 ，尤其是去铜溶液应该用波纹钢阴极，在 25 安/平方英尺的电流密度下，每加仑溶液空镀 5 安培一小时。前处理不良、低镀层不良、电流密度太小、主盐浓度太低、电镀电源回路接触不良都会影响镀层色泽。f) 镀层烧伤 ：引起镀层烧伤的可能原因：硼酸不足，金属盐的浓度低、工作温度太低、电流密度太高、PH 太高或搅拌不充分。g) 淀积速率低： PH 值低或电流密度低都会造成淀积速率低。h) 镀层起泡或起皮：镀前处理不良、中间断电时间过长、有机杂质污染 、电流密度过大、温度太低、PH 太高或太低、杂质的影响严重时会产生起泡或起皮现象。I）阳极钝化：阳极活化剂不足，阳
15、极面积太小电流密度太高。分享电镀专题：1.电镀工艺流程资料一、名词定义：1.1 电镀：利用电解的方法使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程叫电镀。1.2 镀液的分散能力：能使镀层金属在工件凸凹不平的表面上均匀沉积的能力，叫做镀液的分散能力。换名话说，分散能力是指溶液所具有的使镀件表面镀层厚度均匀分布的能力，也叫均镀能力。1.3 镀液的覆盖能力：使镀件深凹处镀上镀层的能力叫覆盖能力，或叫深镀能力，是用来说明电镀溶液使镀层在工件表面完整分布的一个概念。1.4 镀液的电力线：电镀溶液中正负离子在外电场作用下定向移动的轨道，叫电力线。1.5 尖端效应：在工件或极板的边缘
16、和尖端，往往聚集着较多的电力线，这种现象叫尖端效应或边缘效应。1.6 电流密度：在电镀生产中，常把工件表面单位面积内通过的电流叫电流密度，通常用安培/分米 2 作为度量单位二.镀铜的作用及细步流程介绍：2.1.1 镀铜的基本作用：2.1.1 提供足够之电流负载能力；2.1.2 提供不同层线路间足够之电性导通；电镀工艺流程资料（二）2.1.3.3 搅拌：搅拌可区分为空气搅拌、循环搅拌、机械搅拌等三项，依槽子之需求特性而重点有异，兹简介一般性考虑如下：a. 空气搅拌：应用鼓风机为气源，如使用空压机。则须加装 AM Regalator 降低压力，并加装 oil Filter 除油。风量须依液面表面积
17、计算，须达 1.52.0cfm，而其静压则依管路损耗，与液面高度相加而得。空气搅拌之管路架设，离槽底至少应有 1 英寸距离，离工件底部，应以大于 8 英寸为宜。一般多使用 3/4 英寸或 1 英寸管，作为主管，亦有人使用多孔管，但较易发生阻塞。开孔方式多采用各孔相间 1/2 英寸，对边侧开孔，与主管截面积1/3 为原则。适量之空气搅拌可改善电镀效率，增加电流密度；但如搅拌过度，亦将形成有机添加剂氧化而造成异常消耗及污染。b. 循环搅拌：在一般运用上，多与过滤系统合件，较须注意的是确定形成循环性流动（入、排口位置选择），及 pump 选择流量应达 23 倍槽体积 1hr 以上。c. 机械搅拌：其
18、基本功能是为了消除 metal ion diffusion rafe 不足问题。在空间足够之状态下，以 45斜角移动为佳，但一般都采有用垂直向摆动，较佳的位移量约在0.51.8m/min，而每 stroke 长约 515cm 之间。在设定条件时，应注意不可造成因频率过高，使板子本身摆动，而减小孔内药液穿透量。2.1.3.4 过滤：一般均与循环搅拌合并，目的是去除槽液中之颗粒状杂质，避免发生颗粒状镀层。较重要的考量因子有三，分别如下：a. 过滤粒径：一般采用 5u 或 10u 滤蕊。若非环境控制良好，使用更小滤蕊可能造成滤材更换，损耗过多。b. 材质有多种材质供选择，不同系统光泽剂会有不同之限制
19、，其中 PP 最具体广用性。c. Leaching：即便为适用材质之滤蕊，亦须经过 Leaching 处理（热酸碱浸洗程序）。2.1.3.5 电源系统：供电系统之 ripple 须小于 5%，（对部分较敏感产品甚至须小于 2%），另须注意：a. 整流器最上限、最下限相对容易 10%，系不稳定区域，应避免使用。b.除整流器外接所有接点务须定期清洁外，每月至少用钳表量校一次。c.整流器最好利用外接洁净气源送风，使内部形成至正压，让酸气无法侵入腐蚀。2.1.3.6 阴极（rack 及 bus bar）:a. 对铜制 bus bar 而言，约每 120Amp 至少应设计 1cm2 之截面积。同时不论电
20、流/bus bar截面积大小，务必两侧设置输入接点，以避免电流分布不均。b. 对 rach 而言，应利用 bus bar 相接之接点，调整其导通一致，避免“局部阳极”的反生，同时对接点外之部分，亦宜全部予以胶林披覆，并定期检查，以避免因缝隙产生，而增加带入性污染。2.1.3.7 阳极：a. 铜阳极应采用含微量磷，且均匀分布之无氧铜。其规格可概列如下：Cu99.9% P:0.040.06% O0.05%Fe0.003% S0.003% Pb0.002%Sb0.002% AS0.001% N0.002%b. 可能状态下尽量不要使用钛篮，因为钛篮将造成 Carriey 或 High Current
21、Dewsity Brightener 增加约 20%的消耗，而不使用钛篮的状态，则须注意使阳极高出液面 12 英寸。c. 对阳极袋的考虑，基本上与滤蕊相同，一般常用 Napped p.p 或 Dynel，并可考虑双层使用，唯阳极袋须定期清洗，以避免因过量的阳极污泥造成阳极极化。d. 一般均认为阴阳极之比例应在 1.521,但由于高速镀槽之推出，较佳的考虑是，控制阳极的相对电流密度小于 20ASF，来决定阳极的数量，在使用钛篮的状态，其面积的计算，约为其（前 +左 +右）面积之 1.4 倍，亦即以钛篮正面积核算其电流密度约应小于 40ASF。过大的阳极面积可能造成铜含量之上升，过小则可能造成铜含
22、量不足，且二者均会造成有机添加剂的异常消耗及阳极块的碎裂。e.阳极在接近液面侧应加装遮板，而深度则应仅为镀件的 75%（较浅 45 英寸），在板子尺寸不固定时，则应考虑浮动式遮板，对其左右侧的考虑亦同，故在槽子设计与生产板实际宽度不同，应考虑使用 Rubber strip，但须注意当核算面积，加开电流时，应至少降低40%计算。对于此类分布问题，可以“电场”及“流 态”的观念考虑。2.1.3 对零件提供足够稳定之附著（上锡）面；2.1.4 对 SMOBC 提供良好之外观。2.1.2.镀铜的细步流程：2.1.2.1Cu 流程：上料酸浸（1）酸浸（2）镀铜双水洗抗氧化水洗下料剥挂架双水洗上料2.1.
23、2.2Cu 流程：上料清洁剂双水洗微蚀双水洗酸浸镀铜双水洗（以下是镀锡流程）2.1.3 镀铜相关设备的介绍：2.1.3.1 槽体：一般都使用工程塑胶槽，或包覆材料槽（Lined tank）,但仍须注意应用之考虑。a. 材质的匹配性（耐温、耐酸碱状况等）。b. 机械结构：材料强度与补强设计，循环过滤之入/排口吸清理维护设计等等。c. 阴、阳极间之距离空间（一般挂架镀铜最少 6 英寸以上）。d. 预行 Leaching 之操作步骤与条件。2.1.3.2 温度控制与加热：镀槽之控制温度依添加特性/镀槽之性能需求而异。一般而言操作温度与操作电流密度呈正向关系，但无论高温或低温操作，有机添加剂必定有分解
24、问题。一般而言，不容许任何局部区域达 60以上。在材质上，则须对耐腐蚀性进行了解，避免超出特性极限，对镀铜而言，石英及铁弗龙都是很适合的材料。分享电镀专题：2.直接电镀工艺介绍法拉第定律 第一定律在镀液进行电镀时(电解)阴极上所“附积”的金属重量(或阳极所溶蚀者)与所通过的电量成正比. 第二定律在不同镀液中以相同的电量进行电镀时,其各自附积出来的重量与其化学当量成正比. 上述第一定律中的“电量”,即为电流强度与时间的乘积,理论单位是库伦,实肜电位为安培.分或安培.小时. 以硫酸铜中的二价铜离子为例,其第一个库伦的电量在 100%的阴极效率下可以镀出 0.3294mg 的纯铜,每 1 安培小时可
25、镀出 1.186g 的纯铜.电量越多镀出越多. 第二定律是对不同镀液的比较而言,上述的镀铜量是指硫酸铜的二价铜离子而言,若镀液换成氰化铜液的一价铜离子之时,则同样 1 个安培小时的电量可以镀出纯铜 2.372g,只因 1 价铜的化当量为 63.57/1,2 价铜的化学当量是 63.57/2,故前者的附积量在同电量时是后者的两倍. (二) 阴极膜 电镀进行时愈接近阴极被镀物表面时其金属离子浓度愈低,现以其浓度下降 1%处起直到被镀物表面为止的一薄层液膜称之为“阴极膜”.薄层中由于金属离子渐少且发生氢气以致电阻增加导电不良阻碍金属之顺利登陆.且此膜也因镀体之外形起伏而有原薄不同,外形凸起峰处膜层较
26、薄故远方之高浓度离子容易补充使该处优先被镀上,即所谓之高电流密度区,反之低凹谷处自然不容易镀上.现将各局部区域之电流强度以公式讨论之: Ilim=nFADCb/ Ilim局部区域电流之大小 n电子数 F法拉第常数(镀出 1g 金属所需之电量) A该处面积大小 D金属离子之扩散系数 Cb大量镀液之平均浓度 阴极膜厚度 由上式可知降低阴极膜的厚度有助于镀层之均匀.故电镀需作各种搅拌如吹气、镀流动、阴极的摆动等其目的都在降低阴极膜的厚度,在接近被镀物表面处得以增多金属离子的供应量. (三) 镀液的电阴 总电阴=外路及接点+生液体+阴极膜. 电路板在进行量产时待镀的面积都很大,故需要的直流电流也极高而
27、常达数千安培,为求良好的镀层其电压多控制在 5 伏之下.但按 A=V/R 之公式看来,其总电阻必须极小才能满足此奥姆定律,故应保持外路及接点低外路及接点,加热镀液以降低生液体,搅拌镀液以降低阴极膜.否则电压太高了会造成水彼电,解会产生多量的气压,大大影响镀层的品质. (四) 当金属浸于其盐类之溶液中时,其表面即发生金溶成离子或离子登陆成为金属之置换可逆反应,直到某一电位下达到平衡.若在常温常压下以电解稀西安液时白金阴极表面之氢气光做为任意零值,将各种金属与此“零值极”连通做对比时,可找各种金属对氢标准电极之电位来.再将金属及其离子间之氧化或还原电位对 NHE 比较排列而成“电化学次序”或电动次
28、序.以还原观点而言,比氢活泼的金属冠以负值使其排列在氢的上位,如锌为-0.762,表示锌很容易氧化成离子,不容易登陆成金属,理论上至少要外加 0.762V 以上才能将之镀出. 比氢高贵者冠以正值,排在氢的下位。愈在下位者愈容易还原镀出来,也就是说其金属能在自然情况下较安定,反之在上位者则容易生锈了. (五) 氢超电压 电镀时氢离子会泳向阴极而形成氢气逸出,此种氢离子在水溶液中的行径与金属相同,故比氢活泼的金属在电镀时,理论上是氢先出来后才轮到金属的登陆,但事实上却是金属比氢出来的多,此种阻止氢出来的额外电坟称之为“氢超电压”. 氢气出现在镀件表面上未立即赶走时,会阻止后来金属在该点的登陆,进而
29、造成镀层的凹点故设法提高镀液的氢超电压及降低镀液表面张力并搅拌以赶走氢气泡都是电镀所常追求的技术. (六) 极化 金属电极在其盐类水溶液中可以形成一各可逆的平衡,对外界而言并无正负之分极现象.但若另外施加一电压分出正负极进行电解时,此外加电压称为 Overvoltane,overpotential,或极化,却克服各种障碍使金属得以顺利登陆,必须超过各种极化,如活化极化、浓度极化、电阻极化、及气体极化时,其总值即为电镀进行所需之最低电压.为使镀层完美起见常加入各种助剂,以改变阻极表面的局部现象,使镀层更为均匀. (七) 质量输送 带正电荷的金属离子团要不断的泳向阴极,以补充其不断的消耗.此种离子
30、团的移动是以三种方式进行,即迁移,对流及扩散现分述于后: (1) 迁移在 1mole 硫酸铜溶液中以 1v/cm 电位梯度在 25下进行电镀,Cu 的绝对迁移率是 5.9*10-4cm/sec.当阴阳极相距 10cm 在 3V 下操作时,阳极溶出的铜离子要 93 分钟才向阴极走 1cm 远,要 15 小时才能达到阴极表面.故知电镀的成果,迁移所占的功劳实在不大,只能将阴极附近的金属离子推向陆地而已. (2) 对流镀液必须做快速的流动,使后方高浓度的金属离子能尽快的补充阴极膜中的消耗,故对流才是质量输送的主力.以吹气、过滤流动、搅动、及加热等方式使镀液快速的交换是电镀最重要的工程. (3) 扩散
31、阴极膜厚约 0.2m/m,在快速搅拌流速达 25cm/sec 时可压薄至 0.1m/m,大大加快了由高浓度向低浓度自然扩散的缓慢效果.但金属离子团是如何抛弃掉各种配位的其它东西而独自穿过最后的电双层而自身或带有少部份配体登陆的,其原理至今未明. 由上可知,对 PCB 的镀铜而言,最有效完成质量输送的方式就是镀液的快速搅拌,尤以对 PTH 而言,孔中镀液的快流通才能有效的建立孔壁规范的厚度,而不至发生狗骨现象.因 PCB 板面面积很大,要镀液经搅拌流过孔中或板子摆动使流过孔中都很不容易做到,较有可能的办法是以强烽的液柱在镀液中喷向孔去,当然大部份还是打在板面上或互相干扰而无效,可改成部份抽回或在
32、板子的背面抽回较有希望.总而言之如何使镀液能快速的流过每一孔中是孔铜壁成长的主要开键. (八) 添加助剂 除了基本配方法,电镀的是否能实用化全在添加剂,尤其对于小孔深孔等高难度的板子,助剂更是非常重要.一般助剂约可分为光泽剂 Brightener,整平剂,载运剂,细晶剂,润湿剂.此等助剂之理论基础尚不成熟,多半是来自不断实验的结果,故几乎全为商业化的范围,其参考来源多为各种专利,但已发表者几乎都已过时而不再是第一流的产品了,现役上市者多在阶段. 由各数据看来硫酸铜镀液之微布力非常好能将待镀面上种细小的刮痕及凹陷先预以填平,再镀全面.但对 PTH 的孔壁而言,要想发挥这微分布的优点,则必须要使高
33、浓度的镀液能够不断的流进去,降低阴极膜的厚度,才是施展其长处的首要条件. 二.小孔或深孔镀铜的讨论 电路板的装配日趋紧密,其好处不外减少最后产品的体积及增加信息处理的容量及速度.尤其自 VLSI 大量开发后,IC 在板子上的装配已由早期的通孔插装,渐改进至表面黏装之 SMT 了.对板子而言细线及小孔是必然要面对的问题.而就小孔而言,受冲击最大的就是现有的镀铜技术,要在孔的长宽比很高时,既要得到 1mil 厚的孔壁,又不可发生狗骨现象,面且镀层的各种物性双要通过现有的各种规范,其中种种需待突破的困难实在不少.各国的业界现正从基本配方、添加剂、设备等多方面努力,至今尚少重大的突破.现将小孔的难镀以
34、下列事实讨论之.实体部份远大于孔径部份,比种强力的水流几乎都浪费在板面的阻碍上了.解决办法之一就是使液中的铜浓度增加,或可减少通过的次数,但这也是一条行不通的死巷,因 2oz/gal 的铜量几乎是板面与孔壁的镀层均匀颁比率的上限,再提高时狗骨会变严重,已不是添加剂所能帮忙的了.解决办法之二是改进化学铜镀层的物性使能达到规范的要求,目前日立公司的 TAF制程,已进行数年的研究. 现阶佒对硫酸铜镀液所能做的事约有: (1) 选择高纯度的物定助剂,如特殊的整平剂使在高电流处抑制镀层增加,使低电流处仍能有正常登陆,并严格分析、小心添加、仔细处理以保持镀液的最佳效果. (2) 改变镀的设计,加大阴阳间的
35、距离,减少高低电流密度之间的差异. (3) 降低电流密度至 15ASF 以下,改善整流器出来直流的纹波量至 2%以下.若不行时将电流密度再降低到 5ASF,以时间换取品质. (4) 增强镀液进出孔中的次数或称顺孔搅拌此点最为重要也最不容易解决加强过滤循环每小时至少 2 次,蔌啬超音波搅拌. (5) 不要增加铜的浓度但要增大硫酸与铜的浓度比值,至少要在 10/1 以上. (6) 助剂添加则应减少光泽剂用量,增加载体用量,并用安培小时计管理添加,定时用 CVS 分析助剂之裂解情形. (7) 试用脉波电流法试镀,以减少面铜与孔铜之间的差异,并增加铜层的延展性,并能以不加添加剂的方式使镀层得以整平.
36、脉波方式的电流,是一种非常值得研究的路径,先期的成果也非常值得研究的路径,先期的成果也非常令人兴奋,只可惜市场上许多添加剂供货商并不热衷,为保既得利益不大支持研究.因一旦可从电流供应的方式使镀层得以改善,则销售已久的添加剂可能乏人问津,或需另起炉灶,皆非所顾也.总而言之,PCB 的小孔及深孔镀铜待突破的地方还多得很,实非一蹴可及的. 理论上每次进入孔中的镀液其之铜量都全部留在孔壁上时所需要的次数为 300 次.何况在实际电镀铜所遭到的电流密度效率、阴极膜等等烦恼,实际上可能连 20%的铜都未镀出.若再遇到长宽比.125/.012 或 10/1 的板子时,其所需的理论换液次要高达 380 次,以
37、 20%的登陆成果而言,至少也要有 2000 回合以上的 Turn over 才行.然而其困难尚不仅此而已,孔径变小后,孔壁面积的减少远不如流速的剧烈减低.以 8mil 孔与 25mil 孔比较,其面积只减少 33%,但流速却剧降至 1.25%,更增加了更换 2000 次的困难. 即使上述可行,还要克服镀液的内聚力、与孔壁的阻力、分子引力、及阴极膜的障碍,故强力的水流是绝对需要的.电镀专题：4.影响镀层分布的因素 镀层在阴极表面分布的均匀性，是决定镀层质量的一个重要因素。电镀工业中，常用分散能力这一术语来表示镀层在阴极表面上的均匀性。镀层的分散能力又称为均镀能力（T.P.），就是电解液具有使阴
38、极表面镀层厚度均匀分布的能力。镀液使阴极表面上镀层厚度的分布越均匀，分散能力越好。为种性能在大多数情况下是由镀液的性能决定的，所以叫作镀液的分散能力。 还有一个与镀层分布有关的术语，叫做覆盖能力，又称为深镀能力或遮盖能力（C.P.），亦被称作钻性，它就是电解液具有使阴极表面深凹处镀上镀层的能力。由于它主要也是由镀液的性能决定的，所以亦叫作镀液的覆盖能力。镀液的覆盖能力与分散能力的含义是不同的，须注意区别。 影响镀层分布的主要因素是镀液的阴极极化度、电导率、电极和镀槽的几何因素、阴极电流效率和基体金属的表面状态等因素。1、阴极极化度 阴极极化度就是阴极极化曲线的斜率，也就是阴极电位随阴极电流密度
39、变化而变化的程度。当其它条件不变时，极化度越大，镀液的分散能力越好。所以凡是能增大阴极极化度的因素（如选择适当的络合剂或添加剂），均能改善镀液的分散能力。2、镀液的电导率 镀液的电导率是由溶液中各种离子的导电能力所决定的。当其他条件不变时，镀液的电导率越高，其分散能力越好。这里有一个先决条件，那就是阴极极化度不能等于 0 或趋近于 0（阴极电流密度变化时阴极电位不变，则极化度为 0）。否则，即使提高镀液的电导率，也不能改善镀液的分散能力，如镀铬液在操作电流密度范围内的极化度几乎等于0。所以虽然它的电导率很高，其分散能力还是很差的。但是对于一般镀液来说，提高电导率大多均能改善它的分散能力。3、电
40、极和镀槽的几何因素 电极的形状、尺寸，电极间的距离、电极在镀槽中的位置和镀槽的形状等，都会影响镀层在阴极表面的均匀分布，电镀生产中，采用的象形阳极和适当增大阴极、阳极间的距离，就是为了改善镀层在阴极表面的均匀分布。4、阴极电流效率 阴极电流效率对于分散能力的影响取决于阴极电流效率与阴极电流密度变化关系，为种关系可分为三种情况：A.阴极电流效率不随阴极电流密度的变化而变化。这类镀液的阴极电流效率对镀液的分散能力影响不大（如硫酸盐度铜和硫酸盐镀锌）；B.阴极电流效率随阴极电流密度的增大而增大（如镀铬液）。对于这类镀液，阴极电流密度大的部位的电流效率高，阴极电流密度小的部位其电流效率低，这样，阴极的
41、电流效率使镀液的分散能力降低；C.阴极电流效率随阴极电流密度的增大而降低。这类镀液与上面刚好相反，阴极电流效率使镀液的分散能力提高5、基体金属的表面状态 由于氢在粗糙表面上的过电位小于光滑表面，所以在粗糙表面上氢容易析出，镀层就不容易沉积，因此，提高基体金属的光洁度往往可以改善覆盖能力。又如基体金属中含有氢过电位较小的杂质（如铸铁中的碳），在这些杂质上氢容易析出，镀层就难以沉积。如果氢在基体金属上的过电位小于镀层金属上的过电位，那么刚进槽电镀时，将有较多的氢气逸出。倘若这时局部先镀上镀层，那么由于先镀上镀层的部位析氢少，电流效率高，这将使分散能力降低。此时为了镀取均匀连续的镀层，常在开始通电时
42、采用短时间的大电流密度冲击，使基体金属表面很快地先镀上一层氢过电位大的镀层金属，然后按正常规定的电流密度进行电镀，就可以消除基体金属对分散能力和覆盖能力的不良影响。6、微观分散能力和整平能力A.微观分散能力 所谓微观分散能力是指镀液使阴极表面轮廓的微细不规则处镀覆均匀镀层的能力（M.T.P.）。它是指粗糙度比较小，波谷的深度小于 0.5mm，波峰与波谷的距离很小的表面上镀层分布的均匀性。要使镀液的微观分散能力好，主要要加快放电金属离子的扩散，降低浓差极化，使微观的峰处和谷处都不缺乏放电金属离子，从而使谷处与峰处的沉积速度接近或相等。要实现这一目的有下述几点：a) 要尽量提高放电金属离子的浓度，
43、以加快扩散速度；b) 加快搅拌镀液的速度和提高温度，以使扩散层厚度变薄。这些因素能改善微观分散能力，但却不利于前面所述的（宏观）分散能力的改善，所以微观分散能力与宏观分散能力是不同的。例如氰化物镀铜液的分散能力是很好的，但微观分散能力却较差；相关，硫酸盐镀铜的他散能力较差，而它的微观分散能力却较好。B.整平作用 它是指镀液使阴极的微观谷处与微观峰处镀取更厚镀层的能力（L.P.）它有三种类型：a) 几何整平作用：它是镀液在阴极和微观不同表面上镀取相同厚度镀层的整平作用，这种整平作用是理想的微观分散能力b) 负整平作用：它是镀液在阴极的微观谷处比微观峰处镀得较薄镀层的整平作用c) 正整平作用：它是
44、镀液在阴极的微观谷处比微观峰处镀取更厚镀层的整平作用。正整平作用是由于整平剂吸附在微观峰处的浓度大于微观谷处，使峰处的阻化作用大于谷上的阻化作用，从而使放电金属离子在峰上的沉积速度比谷上慢而得到整平。正整平的好坏，常与镀液中整平剂的浓度有关。整平剂浓度过高或过低，都不能获得好的整平作用。电镀专题：5.电镀液中主要成份的作用 电镀溶液的组成对电镀层的结构有着很重要的影响。不同的镀层金属所使用的电镀溶液的组成可以是各种各样的但是都必须含有主盐。根据主盐性质的不同，可将电镀溶液分为简单盐电镀溶液和络合物电镀溶液两大类。 简单盐电镀溶液中主要金属离子以简单离子形式存在(如 cu2+、Ni2+、Zn2+
45、等)，其溶液都是酸性的。在络合物电镀溶液中，因含有络合剂，主要金属离子以络离子形式存在(如Cu(CN)32-、Zn(CN)42-、Ag(CN)2- 等)，其溶液多数是碱性的，也有酸性的。除主盐和络合剂外，电镀溶液中经常还加有导电盐、缓冲剂、阳极去极化剂以及添加剂等，它们各有不同的作用。 一、主盐 能够在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐。 主盐浓度高，溶液的导电性和电流效率一股都较高，可使用较大的电流密度，加快了沉积速度。在光亮电镀时，镀层的光亮度和整平性也较好。但是，主盐浓度升高会使阴极极化下降，出现镀层结晶较粗，镀液的分散能力下降，而且镀液的带出损失较大，成本较高，同时还增加了废水处理的负担
46、。主盐浓度低，则采用的阴极电流密度较低沉积速度较慢，但其分散能力和覆盖能力均较浓溶液好。 因此，主盐浓度要有一个适当的范围，并与溶液中其他成分的浓度维持一个适当的比值。有时，由于使用要求不同即使同一类型的镀液，其主盐含量范围也不同。对于电镀形状复杂的零件或用于预镀、冲击镀时，要求较高的分散能力，一般多采用主盐浓度较低的电镀溶液。而快速电镀的溶液，则要求主盐含量高。 二、导电盐 能提高溶液的电导率，而对放电金属离子不起络合作用的物质。这类物质包括酸、碱和盐，由于它们的主要作用是用来提高溶液的导电性，习惯上通称为导电盐。如酸性镀铜溶液中的 H2SO4，氯化物镀锌溶液中的 KCL、NaCl 及氰化物
47、镀铜溶液中的 NaOH 和 NaCO3 等。 导电盐的含量升高，槽电压下降，镀液的深镀能力得到改善，在多数情况下，镀液的分散能力也有所提高。 导电盐的含量受到溶解度的限制而且大量导电盐的存在还会降低其他盐类的溶解度。对于含有较多表面活性剂的溶液，过多的导电盐会降低它们的溶解度，使溶液在较低的温度下发生乳浊现象严重的会影响镀液的性能。所以导电盐的含量也应适当。 三、络合剂 在溶液中能与余属离子生成络合离子的物质称为络合剂。如氰化物镀液中的 NaCN或 KCN，焦磷酸盐镀液中的 K4P2O7 或 Na4P2O7 等。 在络合物镀液中，最具重要意义的，并不是络合剂的绝对含量，而是络合剂与主盐的相对含
48、量，通常用络合剂的游离量来表示，即除络合金属离子以外多余的络合剂。 络合剂的游离量增加，阴极极化增大，可使镀层结晶细致，镀液的分散能力和覆盖能力都得到改善，但是阴极电流效率下降，沉积速度减慢。过高时，大量析氢会造成镀层针孔，低电流密度区没有镀层，还会造成基体金属的氢脆。对于阳极来说，它将降低阳极极化，有利于阳极的正常溶解。络合剂的游离量低，镀层结晶变粗，镀掖的分散能力和覆盖能力都较差。 四、缓冲剂用来稳定溶液的 PH 值，特别是阴极表面附近的 PH 值。缓冲剂一般是用弱酸或弱酸的酸式盐，如镀镍溶液中的比 H3BO3，和焦磷酸盐镀液中的 Na2HPO4 等。 任何一种缓冲剂都只能在一定的范围内具
49、有较好的缓冲作用，超过这一范围其缓冲作用将不明显或完全没有缓冲作用，而是还必须要有足够的量才能起到稳定溶液 PH 值的作用，由于缓冲剂可以减缓阴极表面因析氢而造成的局部 PH 值的升高，并能将其控制在最佳值范围内，所以对提高阴极极化有一定作用，也有利于提高镀液的分散能力和镀层质量。过多的缓冲剂既无必要，还有可能降低电流效率或产生其他副作用。 五、稳定剂 用来防止镀液中主盐水解或金属离子的氧化，保持溶液的清澈稳定。如酸性镀锡和镀铜溶液中的硫酸，酸性镀锡溶液中的抗氧化剂等。 六、阳极活化剂 在电镀过程中能够消除或降低阳极极化的物质，它可以促进阳极正常溶解，提高阳极电流密度。如镀银溶液中的氯化物，氰化镀铜溶液中的酒石酸盐等。七、添加剂 是指那些在镀液中含量很低，但对链液和镀层性能却有着显著影响的物质。近年来添加剂的发展速度很快在电镀生产中占的地位越来越重要，种类越来越多，而且越来越多地使用复合添加剂来代替单一添加剂。按照它们在电镀溶液
