1、沉镍金技术培训教材,目 录,1、沉镍金工序的概念 3 2、沉镍金原理及工艺流程 9 3、药水特性 15 4、沉镍金工序设备简介 39 5、沉镍金工序常见缺陷分析 47 6、沉镍金工艺应用 52,第一部分,沉镍金工序的概念,一、什么是化学镀,化学镀是在金属的催化作用下，通过可控制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、氧化还原电位应显著低于金属还原电位； 2、溶液不产生自发分解，催化时才发生金属沉积； 3、PH值、温度可以调节镀覆速度； 4、具有自催化作用； 5、溶液有足够寿命。,镀液成分：,金属盐、还原剂、络合剂、缓冲剂、PH调节剂、稳定剂、加速剂、润湿剂和光亮剂,二、什
2、么是浸镀？ 以金属化学置换反应获得镀层的工艺，称之为浸镀或置换镀。,三、什么是沉镍金？ 也叫无电镍金或沉镍浸金（Electroless Nickel Immersion Gold），是指在PCB裸铜表面涂覆可焊性涂层方法的一种工艺。 其含义是：在裸铜面进行化学镀镍，然后化学浸金。,四、沉镍金工艺的目的,沉镍金工艺既能满足日益复杂的PCB装配、焊接的要求，又比电镀镍金的成本低，同时还能对导线的侧边进行有效的保护，防止在使用过程中产生不良现象。AU Ni CU,第二部分,沉镍金原理及工艺流程,催化 化学镀镍 浸金,一、沉镍金原理,作用：为化学镍提供催化晶体 反应式：Pd2+Cu Pd+Cu2+,（
3、一）、催化(活化),作用：在钯的催化作用下，Ni2+在NaH2PO2的还原条件下沉积在裸铜表面。当镍沉积覆盖钯催化晶体时，自催化反应将继续进行，直至达到所需之镍层厚度。 化学反应： Ni2+ +2H2PO2- +2H2O Ni +2HPO32-+4H+H2 副反应： 4H2PO2- 2HPO32-+2P+2H2O+H2,（二）、化学镍,H2PO2- +H2O HPO32-+H+2H Ni2+2H Ni+2H+ H2PO2-+H OH-+P+H2O H2PO2- + H2O HPO32-+H+H2,反应机理,（三）、 浸金,作用：是指在活性镍表面通过化学置换反应沉积薄金。 化学反应：2Au+Ni
4、 2Au+Ni2+,二、工艺流程,除油 微蚀 预浸 48min 12min 0.51.5min 活化 化学镀镍 沉金 26min 2229min 711min,水,水,水,水,药水特性,第三部分,（一）、除油缸,1、除油剂： 一般情况下，PCB沉镍金工序的除油剂是一种酸性液体物料，用于除去铜面之轻度油脂及氧化物，使铜面清洁及增加润湿性。 2、特性： A：不损伤solder mask B：低泡型，水洗容易,3、操作条件,温度：5010oC 时间：5 2min 过滤：5mPP滤芯连续过滤 搅拌：摆动及药液循环搅拌 槽材质：PVC或PP 加热器：石英或铁弗龙加热器,微蚀药剂组成：1、过硫酸钠Na2S
5、2O82、硫酸H2SO4 作用：酸性过硫酸钠微蚀液用于使铜面微粗糙化，增加铜与化学镍层的密着性,（二）、微蚀缸,3、操作条件：,Na2S2O8： 10020g/l H2SO4： 20 10g/l Cu2+ ： 320g/l 温度： 30 2OC 时间： 1.5 0.5min 搅拌:摆动及药液循环搅拌或空气打气 槽材质:PVC或PP 加热器:石英或铁弗龙加热器,(三)、预浸缸,1、预浸剂维持活化缸的酸度及使铜面在新鲜状态（无氧化物）的情况下，进入活化缸。 2、操作条件：温度： 室温 时间： 10.5min 搅拌： 摆动及药液循环搅拌槽材质： PVC或PP,（四）、活化缸,1、活化剂其作用是在铜面
6、析出一层钯，作为化学镍起始反应之催化晶核。PCB沉镍金工序之活化剂一般为硫酸型和盐酸型两种，现较多使用硫酸型钯活化液。行业中也有使用Ru（Ruthenium）做催化晶核，效果也较为理想。,2、操作条件,温度：273OC 时间：4 2min 槽材质：PVC或PP 温控：铁弗龙包覆加热器或冷却盘管 过滤 ：5mPP滤芯连续过滤 搅拌：摆动及药液循环搅拌,3、消槽处理,当槽壁及槽底出现灰黑色钯的沉积物，则须消槽处理。其过程如下：加入1:1硝酸，启动循环泵2h以上或直到槽壁会黑色沉积物完全除去为止（如有必要，可加热至4050OC），硝酸排出后，加水循环1020min，排放后用DI水循环洗涤三次。,（五
7、）、沉镍缸,1、镀液成份 A、金属盐指Ni2+含量，不同系列沉镍药水其开缸浓度均不同。PCB行业一般均使用酸性镀液，其Ni2+开缸浓度一般控制在4.5g/L至6.0g/l。,B、还原剂,一般均使用NaH2PO2，其控制浓度一般为2232g/l。在镀液中，主反应将Ni2+还原成为金属Ni，副反应为其本身的歧化反应生成单质P，主反应及副反应过程中均伴随H2逸出。,2、镀层特性,A、磷含量随着溶液成份和操作条件的不同而在711%之间变化； B、热处理时，Ni3P结晶化层状结构逐渐消失。当磷含量高于8%时，镀层为非磁性；低于8%时，镀层为磁性； C、抗蚀性高，特别是当磷含量较高时，在许多侵蚀介质中均比
8、电镀镍耐蚀,D、硬度高，显微硬度约为500600HV， 400OC处理后则大于1000HV； E、易钎焊，但熔焊性较差； F、镀层密度约为8.0g/cm3 G、熔点约为890OC,3、工艺维护,A、在酸性溶液中，PH3时镍不会被还原析出。随着PH值的提高，沉积速度加快。当PH6时，很可能产生Ni(OH)2沉淀。一般PH控制在4.55.0; B、随着NaH2PO2和NiSO4浓度的增加，沉积速度逐渐提高，而后趋于稳定或稍有降低。但此时溶液的稳定性下降,C、柠檬酸、羟基乙酸、琥珀酸、苹果 酸、乳酸及其盐、氯化铵、焦磷酸盐、乙二胺、三乙醇胺等均为结合剂，其中某些药品还起缓冲剂作用； D、锡、锌、铅、
9、镉、锑等金属离子，某些有机或无机含硫化合物如硫脲以及三氯化钼都是化学镀镍的催化剂毒物。但如含量很少时，对镀液有一定的稳定作用。若含量过高会使镀液失效导致镍不能沉积出来。,E、化学镀镍层的厚度一般控制45m，最少要大于2.5m厚的镍磷层才能起到有效的阻挡层作用,防止铜的迁移,以免渗出金面,氧化后导致导电性不良; F、镀覆PCB的装载量（裸铜面）应适中，以0.20.5dm2/L为宜。负载太大会导致镍缸活性逐渐升高，甚至导致反应失控，造成严重后果；负载太低会导致镍缸活性逐渐降低，造成漏镀等问题。,G、镀液应连续过滤，以除去溶液中的固体杂质。镀液加热时，必须要有空气搅拌或连续循环系统，使被加热的镀液迅
10、速扩散开。当槽内壁镀有镍层时，应及时用硝酸（1:3)褪除,适当时可考虑加热,但不可超过50OC, 以免污染空气。,4、操作条件,A、温度不同系列的沉镍药水其控制范围不同。一般情况下，镍缸的操作范围是8650C，有的药水则控制在8150C。具体操作温度应根据试板结果来定，不同型号的制板，有可能操作温度不同。 一般情况下，一个制板的良品操作范围只有20C，个别制板也有可能小于10C,B、时间条件,镍层厚度与镀镍时间呈线形关系。一般情况下，200in镍层需镀镍时间28min左右，而150in镍层则需镀镍时间21min左右。通常情况，不采用调节药水浓度或升高温度来弥补因时间不足而引起的镍厚不足，一定要
11、根据客户镍层要求来设置适当的镀镍时间。否则，可能引起活性不稳定，会造成许多不良后果。,C、浓度：,不同供应商之不同系列药水，其浓度控制范围各不相同。由于化学镀镍的本身特点，其动态平衡的控制难度远远大于化学镀铜，其控制范围很窄则可说明这一点。因此，尽可能使用自动补料器来控制药水浓度，手动补料是很难保证每一个制板的良品率。,D、循环量：510 turn over per hour E、过滤：优先考虑布袋式过滤 F、摇摆：根据做板类型的需要决定摇摆方式,（六）、沉金缸,1、镀液成份 A、金盐即氰化金钾KAu(CN)2，其含量为68.3%,其控制浓度一般为0.8g/l2 g/l B、添加剂添加剂包含氯
12、化铵、柠檬酸铵及适量稳定剂，常用的稳定剂为EDTA。,2、特性：,由于金和镍的标准电极电位相差较大，所以在合适的溶液中会发生置换反应。镍将金从溶液中置换出来，但随着置换出的金层厚度的增加，镍被完全覆盖后，浸金反应就终止了。一般浸金层的厚度较薄，通常为0.1m左右,这既可达到降低成本的要求,也可提高后续钎焊的合格率。,3、操作条件,温度：8550C PH：4.5 0. 5 加热:石英或铁弗龙加热器 搅拌:过滤机循环搅拌 摇摆:同镍缸 槽材质:PP、FRP或SUS内衬铁弗龙,第四部分,沉镍金工序设备简介,1、排缸 除油缸 逆流水洗 微蚀缸 逆流水洗 酸洗缸 逆流水洗 预浸缸 活化缸 逆流水洗 沉镍
13、缸(含备用缸一个) 逆流水洗 沉金缸 回收缸 逆流水洗,一、沉镍金自动线,2、功能检查,A、自动行车 B、摇摆 C 、手动控制 D、遥控控制 E 、出错显示,F、安全装置 G、火牛显示 H、温度感应 I、打气状态 J、程式时间 K、缸体及接喉,3、挂板设计,A、最大限度减少挂具在药液中浸泡面积，一降低药水带出以及挂具上沉积镍金问题 B、最大尺寸板横挂，如18X24板则将24”横向挂入,否则,药水在板面滑落时间比横挂增加30%,同时,最小尺寸板则可挂两排; C、挂具设计应考虑保养的方便,消挂具一般采用王水,操作时应注意安全。,4、保护电流及自动补药器,一般情况下，镍缸使用不锈钢体，或者使用不锈钢
14、加热器（包括不锈钢热交换器）等设施，都应对其阳极进行保护，以抑制镍在其表面的沉积。自动补药器通常由药水供应商提供。,二、前后处理设备,1、前处理 A、目的：使非导通孔内残留的钯失去活性以及将待沉金铜面微蚀清洁。 B、水平前处理设备流程： 硫脲+HCl 水洗 微蚀 水洗 干板 备注：硫脲毒化也可以在绿油工序前完成。,2、后处理,A、目的：将沉金后的板面药渍彻底 清洗干净。 B、水平后处理设备流程： 酸洗 或 DI水洗 干板 高压水洗,三、周边设备,1、冷水机 2、DI水机 3、化气塔 4、送鲜风装置,第五部分,沉镍金工序常见缺陷分析,第六部分,沉镍金工艺应用,一、沉镍金工艺的衍生,1、PCB沉镍
15、金的来源： PCB沉镍金由工业电镀发展而来，由于工业电镀相对于PCB沉镍金来讲简单的多，因而其发展方向也是多元化的。 工业电镀从还原剂类型分主要有如下几个方面： A、次磷酸钠（NaH2PO2） B、硼氢化钠（ NaB H4 ） C、胺基硼烷（R2NHBH3） D、肼（N2H4）,2、PCB沉镍金状况： 目前PCB沉镍金一般是指以次磷酸钠为还原剂的酸性化学镀镍以及氰化物化学薄金 。 除此之外，PCB沉镍金还有主要以下几种类型： A：化学厚金 B、选择性沉金 C、沉金金手指,二、化学厚金,1、工艺流程 除油 微蚀 预浸 活化 沉镍 化学薄金 回收 化学厚金 回收 干板,1、工艺流程 除油 微蚀 预
16、浸 活化 沉镍 化学薄金 回收 化学厚金 回收 干板,水洗,水洗,水洗,水洗,水洗,水洗,2、化学厚金的特点：化学厚金是利用还原剂，将金还原后均匀沉积在被镀物上，达到所要求的厚度。 其反应式如下： 2Au+H2PO2-+H2O 2Au+HPO32-+3H+ 一般情况下，PCB化学厚金的金厚控制在20in左右，某些情况下也有超过30in。,3、化学厚金的成份：化学厚金一般含有金盐、络合剂、还原剂等成份，其常用药品如下：氰化金钾 KAu(CN)2氯化铵 NH4Cl柠檬酸 C6H8O7.H2O次磷酸钠 NaH2PO2 也有使用碱性条件下硼氢化钾(KBH4) 为还原剂的化学厚金工艺。,三、选择性沉金,
17、1、工艺流程 绿油 干菲林 曝光 显影 干板 沉镍金 褪菲林 干板 有机保焊涂敷,2、选择性沉金的特点,选择性沉金既有元件粘贴平整特点，又具有良好的装配焊接性能。同时，针对HDI板BGA位等小型Pad位采用有机保焊涂敷（Cu106），避免因Pad位太小而造成镍金拉力不足的特点。而且，选择性沉金的成本远远低于整板沉金，是一种很有发展潜力的工艺。另外，还有一种是喷锡替代有机保焊涂敷的制作方式。,其中电镀金有如下流程： 酸洗 水洗 刷磨 水洗 活化 镀金 回收 水洗 干板,四、沉金金手指,其中电镀金有如下流程： 酸洗 水洗 刷磨 水洗 活化 镀金 回收 水洗 干板,1、工艺流程 绿油 沉镍金 干板 包蓝胶纸 电镀金 撕蓝胶纸,2、沉金金手指的特点,沉金金手指这种类型的板，在制作过程中，先将整板的露铜部分，包括金手指进行化学沉镍金，然后单独将金手指按客户要求厚度进行电镀金。这种工艺流程简单，性能可靠，既能满足客户元件粘贴要求，又能满足插板性能。,
