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    多層印制線路板沉金工藝控制淺析

    發布時間 :2016-05-16 10:03 閱讀 : 來源 :技術文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
            印制線路板沉金品質問題,應考慮整個沉金工藝的控制,包括沉前表面處理,沉鎳,沉金,及沉金后處理。在沉金工序中,應討論沉金量,沉金液,添加劑配方,成分之素質等等,現就本人經驗,淺析沉金工藝的控制方法。 
      一、 工藝簡介 
      沉金工藝的目的是在印制線路表面上沉積顏色穩定,光亮度好,鍍層平整,可焊性良好的鎳金鍍層。
      基本可分為四個階段:前處理(除油,微蝕,活化、后浸),沉鎳,沉金,后處理(廢金水洗,DI水洗,烘干)。
      二、 前處理 
      沉金前處理一般有以下幾個步驟:除油(30%AD-482),微蝕(60g/InaPS,2%H2SO4),活化(10%Act-354-2),后浸(1%H2S04)。以除去銅面氧化物,并在銅面沉鈀,以作沉鎳活化中心。其中某個環節處理不好,將會影響隨后的沉鎳和沉金,并導致批量性的報廢。生產過程中,各種藥水必須定期分析和補加,控制在要求范圍內。較重要的比如:微蝕速率應控制在“25U—40U”,活化藥水銅含量大于800PPM時必須開新缸,藥水缸的清潔保養對聯PCB的品質影響也較大,除油缸,微蝕缸,后浸缸應每周換缸,各水洗缸也應每周清洗。
      三、 沉鎳 
      沉鎳藥水的主要成分為Ni2+(5.1-5.8g/1)和還原劑次磷酸鈉(25-30g/1)以及穩定劑,由于化學鎳對藥水成分范圍要求比較嚴格,在生產過程中必須每班分析化驗兩次,并依生產板的裸銅面積或經驗補加Ni2還原劑,補加料時, 應遵循少量,分散多次補料的原則,以防止局部鍍液反應劇烈,導致鍍液加速老化,PH值,鍍液溫度對鎳厚影響比較大,鎳藥水溫度抄襲控制在85℃-90℃。PH在5.3-5.7,鎳缸 不生產時,應將鎳缸溫度降低至70℃左右,以減緩鍍液老化,化學鎳鍍液對雜質比較敏感,很多化學成分對化學鎳有害,可分為以下幾類:
         
      抑制劑:包括Pb.Sn..Hg.Ti.Bi(低熔點的重金屬), 有機雜質包括S2,硝酸及陰離子潤濕劑。所有這些物質都會降低活性,導致化學鍍速度降低并漏鍍,嚴懲時,會導致化學鍍鎳工藝完全停止。 
      有機雜質:包括:除以上所提到的有機的穩定劑以外,還有塑料劑以及來自于設備和焊錫的雜質。盡管可通過連續鍍清除一部分雜質,但不能完全清除。 
      不穩定劑:包括Pd和少量的銅,這兩種成分造在化學鎳不穩定,使鍍層粗糙,而且過多地鍍在槽壁及加熱器上。
      固體雜質:包括硫酸鈣或磷酸鈣及其它不溶性物質沉入或帶入溶液。過濾可清除固體顆粒。 
      總之:在生產過程中要采取有效措施減少此類雜質混入鍍液。
        四、沉金 
      沉金過程是一種浸金工藝,沉金缸的主要成分;Au(1.5-3.5g/l),結合劑為(Ec0.06-0.16mol/L),能在鎳磷合金層上置換出純金鍍怪,使得鍍層平滑,結晶細致,鍍液PH值一般在4-5之間,控制溫度為85℃-90℃。
      五、后處理 
      沉金后處理也是一個重要環節,對印制線路板來說,一般包括:廢金水洗,DI水洗,烘干等步驟,有條件的話可以用水平洗板積對沉金板進行進一步洗板,烘干。水平面洗板機可按藥水洗(硫酸10%,雙氧水30g/L),高壓DI水洗(30~50PSI),DI水洗,吹干,烘干順序設置流程,以徹底除去印制線路板孔內及表面藥水和水漬,而得到鍍層均勻,光亮度好的沉金板。 
      六、生產過程中的控制 
      在沉鎳金生產過程中經常出現的問題,常常是鍍液成分失衡,添加劑品質欠佳及鍍液雜志含量超標,防止和改善此問題,對工藝控制起到很大的作用,現將生產過程中應注意的因素有以下幾種: 
      1)、化學鎳金工藝流程中,因為有小孔,每一步之間的水洗是必需的,應特別注意。 
      2)、微蝕劑與鈀活化劑之間 微蝕以后,銅容易褪色,嚴重時使鈀鍍層不均勻,從而導致鎳層發生故障,如果線路板水洗不好,來自于微蝕的氧化劑會阻止鈀的沉積,結果影響沉金的效果,從而影響板的品質。 
      3)、鈀活化劑與化學鎳之間 鈀在化學鎳工藝中是最危險的雜質,極微量的鈀都會使槽液自然分解。盡鈀的濃度很低,但進入化學鍍槽前也應好好水洗,建議采用有空氣攪拌的兩道水洗。 
      4)、化學鎳與浸金之間 在這兩步之間,轉移時間則容易使鎳層鈍化,導致浸金不均勻及結合力差。這樣容易造成甩金現錫。 
      5)、浸金后為保持可焊性及延展性,鍍金后充分水洗(最后一道水洗最好用蒸餾水),并完全干燥,特別是完全干燥孔內。 
      6)、沉鎳缸PH,溫度 沉鎳缸要升高PH,用小于50%氨水調節,降低PH,用10%V/V硫酸調節。所有添加都要慢慢注入,連續攪拌。PH值測量應在充分攪拌時進行,以確保均衡的鍍液濃度。溫度越高,鍍速越快。當鍍厚層時,低溫用來減慢針出現。不操作時,不要把溫度保持在操作溫度,這會導致還原劑和穩定劑成分分解。
      七、問題與改善
    現將一些較典型沉金問題成因及解決方法列入下表,以供參考: 
      故障1:漏鍍:在線路板邊緣化學鎳薄或沒有鍍上化學鎳 
         原因       改善方法
         重金屬的污染  減少雜質來源
         穩定劑過量   檢查維護方法,必要時進行改善
         攪拌太激烈   均勻攪拌,檢查泵的出口
         銅活化不恰當  檢查活化工藝
      故障2:搭橋:在線之間也鍍上化學鎳
         原因             改善方法
         用鈀活化劑活化時間太長    縮短活化時間
         活化劑里鈀濃度太高      稀釋活化劑,調節鹽酸濃度
         活化劑里鹽酸濃度太低     調節鹽酸濃度
         化學鎳太活潑         調節操作條件.
         銅與線之間沒有完全被微蝕   改善微蝕,微蝕時間稍長會更有利
      故障3:金太薄
         原因        改善方法
         浸金的溫度太低   檢查后加以改善
         浸金的時間太短   延長浸金時間
         金的PH值超過范圍  檢查后加以改善
      故障4:線路板變形
         原因            改善方法
         化學鎳或浸金的溫度太高.   降低溫度
      故障5:可焊性差 
         原因             改善方法:
         金的厚度不正確        金的最佳厚度是:0.05~0.1UM5.2
         化學鎳或浸金工藝帶來的雜質
         工藝本身沒有錯誤       來自于設備和操作者的原因
         線路板存放不恰當       線路板應存放在干燥涼爽的地方,最好放于密閉的塑料袋里
         最后一道水洗的效果不好參看  更換水,增加水流速度
      故障6:金層不均
         原因       改善方法
         1、轉移時間太長   優化水洗并縮短轉移時間
         2、鍍液老化或受污染 檢查后加以改善,檢查槽及過濾器,原材料是否合適,并應在使用前濾洗,簡單碳處理恢復浸金工藝,首先進行試驗化學鎳重新開始
         3、金濃度太低    浸金工藝中,來自于設備的有機雜質
      故障7:銅上面鎳的結合力差
         原因     改善方法
         微蝕不充分  延長微蝕時間或提高溫度
         活化時間太長 減少活化時間
         活化時間太高 降低溫度
         水洗不充分  優化水洗條件 
      故障8:金層外觀灰暗
         原因    改善方法:
         鎳層灰暗  縮短微蝕時間性或降低溫度
         金太厚   降低浸金溫度縮短浸金時間 
      故障9:鍍層粗糙
         原因          改善方法
         化學鎳溶液不穩定    調節溫度
         化學鎳溶液中有固體顆?!p少雜質來源,改善過濾 
      故障10:微蝕不均勻
         原因          改善方法
         清洗不充分       增加在清洗劑里的時間或添加清洗劑
         清洗劑老化或含有雜質  更換清洗劑.
         微蝕液老化(大于30G/L)    更換,微蝕過腐蝕縮短腐蝕時間
      八、注意事項:
      在沉金的過程中,員工操作時應注意安全,穿戴好防護服,防護鏡,而且必須采用通風設備,于泄露液,應用抹布,毛巾或其它吸水性材料吸收泄露液,置于襯塑料的容器中,以回收金,將溶液存放于襯塑料的桶中以回收金。 結論 印制線路板沉金品質問題,應考慮整個沉金工藝的控制,包括沉前表面處理,沉鎳,沉金,及沉金后處理。在沉金工序中,應討論沉金量,沉金液,添加劑配方,成分之素質等等,對生產工藝的要求越來越高,一些傳統的工藝控制方法已不能滿足品質的要求,線路板公司應不斷探索先進工藝,嚴格控制所有參數,加強管理才能不斷改善產品品質。
        隨著表面貼裝技術飛速發展,對印制板表面平整性要求也越來越高,這直接導致了沉金工藝在近幾年的飛速發展。隨著PCB制板對生產工藝的要求越來越高,一些傳統的工藝控制方法已不能滿足品質的要求,線路板公司應不斷探索先進工藝,嚴格控制所有參數,加強管理才能不斷改善產品品質。


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