基本介紹
- 中文名：化學鍍生產線
- 性質：新型的金屬表面處理技術
- 特點：工藝簡便、節能、環保
- 產品特點：良好的接觸導通性等
工藝原理,催化原理,化學鎳原理,浸金原理,工藝控制,誤區一,誤區二,誤區三,誤區四,誤區五,誤區六,誤區七,
工藝原理
催化原理
化學鍍生產線
化學鍍生產線
化學鍍生產線作為化學鎳金的沉積，必須在催化狀態下，才能發生選擇性沉積.Ⅷ族元素及Au等許多金屬都可以作為化學鎳的催化晶體.銅原子由於不具備化學鎳沉積的催化晶種的特性，所以通過置換反應可使銅面沉積所需要的催化晶種。PCB業界大都使用PdSO4或PdCl2作為化學鎳前的活化劑在活化製程中，其化學反應如下：Pd2++Cu→Pd+Cu2+
化學鎳原理
在鈀(或其它催化晶體)的催化作用下，Ni2+被NaH2PO2還原沉積在裸銅表面.當鎳沉積覆蓋鈀催化晶體時，自催化反應將繼續進行，直到達到所需要之鎳層厚度.在催化條件下，化學反應產生鎳沉積的同時，不但伴隨著P的析出，而且產生氫氣的逸出.主反應：Ni2++2H2PO2-+2H2O→Ni+2HPO32-+4H++H2↑副反應：4H2PO2-→2HPO32--+2P+2H2O+H2
H2PO2-+H2O→H++HPO32-+2HNi2++2H→Ni+2H+H2PO2-+H→H2O+OH-+PH2PO2-+H2O→H++HPO32-+H2↑
化學鎳的厚度一般控制在3~5μm，其作用同金手指電鍍鎳一樣，不但對銅面進行有效保護，防止銅的遷移，而且具備一定硬度和耐磨性能，同時擁有良好的平整度.在鍍件浸金保護後，不但可以取代撥插不頻繁的金手指用途(如計算機記憶體條)，同時還可以避免金手指附近連線導電處斜邊時所遺留裸銅切口。
浸金原理
指在活性鎳表面，通過化學置換反應沉積薄金.化學反應：2Au(CN)2-+Ni→2Au+Ni2++4CN-
浸金的厚度一般控制在0.05~0.1μm，對鎳面具有良好的保護作用，而且具備很好的接觸導通性能.很多需按鍵接觸的電子器械(如手機、電子字典)，都採用化學浸金來保護鎳面.
工藝控制
誤區一
只要藥水在控制範圍就一定能做出好板出現這樣的錯誤多發生在對沉鎳金接觸較少的人士，他們用沉銅電鍍的眼光來看待沉鎳金.首先，沉鎳金工藝在PCB行業出現較晚，其工藝同沉銅電鍍相比，還處於不成熟階段.儘管各供貨商對其藥水拚命改進，每年都有大的突破，但其工藝控制範圍相對於沉銅電鍍，仍顯得很窄很窄.其次，沉鎳金最難的是鎳缸，而鎳缸最關鍵的成份是穩定劑和加速劑，這兩種成份在PCB生產行業是不能化驗分析出其含量.因而，僅將其它次要成份控制在最佳範圍內並不能保證做好板.對於穩定劑和加速劑，不同的溫度下其自身的消耗量各不相同，我們能控制的只有儘量避免空載加熱，而且每次做板前都進行試板，將各項條件控制在理想範圍後，再進行批量生產。
誤區二
只要小Pad位的制板沒有漏鍍出現，那么大Pad位的制板就不會發生漏鍍總體來講，Pad位越小，出現漏鍍的可能性略大一些，但對於PCB互連複雜，小Pad位通過導通孔連線在大Pad位上是很常見的現象，因此很難判斷哪些是真正的小Pad位.何況對於沉鎳金，只要藥水能浸潤的地方，就有可能發生化學沉積，而漏鍍問題的出現，與Pad位的大小沒有直接關係.例如綠油擦傷，哪怕目檢只能觀察到的漏銅，其依然會發生化學鎳金的沉積.另個，類似這樣的問題還很多，當時某公司突然接到訂單，擔心沉鎳金出現問題而影響交貨.於是在製作內層工序時就同時設計外層相同的雙面假板，假板的外工序照常進行，從而用這種假板來設定沉鎳金各參數.然而，在這樣的參數條件下，試板(假板)沒問題而生產板漏鍍嚴重.這個問題說明內層的互連對漏鍍的產生有很大的影響.當然，雙面板的互連之間的影響，也有可能造成嚴重漏鍍，但這種情況極為罕見，上千隻板中僅一兩隻出現這種狀況。
誤區三
只有活化良好的Pad位才能沉積化學鎳很多人認為，每一個Pad位銅面必須都具備良好的Pd沉積，否則就會發生漏鍍.事實上並不是這么回事.在眾多相連的Pad位中，其潔淨程度一定有所差異，因而活化效果一定有所不同，但只要有一個Pad位能夠發生鎳沉積，其它所有相連的Pad位同樣能夠發生鎳的化學沉鎳.因為它們處在一個共同的等勢體中，要發生化學沉積則全都能進行，否則全部漏鍍.有兩個試驗更能說明這個問題.
1、將一塊覆銅板經除油微蝕後，將該板一半歸入活化液中進行活化，另一半暴露在空氣中，然後進行沉鎳，最初只有Pd存在的地方發生鎳沉積，幾秒鐘之後，裸銅部分也逐漸開始反應，很快整個板面達到相同的反應速度和效果.
2、在沉鎳金生產拖缸時，人們往往看見有的拖缸板沒進行化學反應(多發生在舊鎳板拖缸，如果將一塊反應劇烈的拖缸板搭靠在一起，不發生反應的那塊板很快就產生氫氣，沒有多久就達到另一塊相同的劇烈程度).上面的實驗一說明沒有發生的pd沉積的pad位也有可能產生正常的鎳沉積，實驗二說明活性差的pad位同活性強的pad位如果有導線想連，都能產生正常的化學反應。
誤區四
國為沉鎳金藥水對綠油具有浸蝕作用，所以甩油問題應通過調整沉鎳參數而解決眾所周知，沉鎳金工序對綠油具有浸蝕作用，而鎳缸對綠油的攻擊尤為顯著.關於沉鎳金工序對綠油攻擊的機理，眾多專家各執一詞.首先，沉鎳金由於其控制範圍極窄，而且參數波動較大，所以其並不具備改善綠油剝離的能力.而且，縱然將參數降低至100%的沉鎳金板報廢程度，也只能使綠油剝離的程度減輕，並不能涉及根本問題.另外，從浸蝕綠油的現象來看，正常情況下，鎳缸對綠油正面基本沒有攻擊作用，而對於綠油側面的浸蝕通常也小於1mil.並且，被浸蝕的部分通過150℃一個半小時的烘板，也能達到重新固化的效果(不甩綠油).在生產過程中，鎳缸時常會出現板掉入缸底，等到一個星期換缸時，發現鎳厚超過1mm，鎳層早已將綠油側邊完全覆蓋，但是，綠油正面完好無損.高溫烘板能達到重新固化的效果，則說明有機溶劑或水分被揮發、被浸蝕的綠油側邊發生的物理變化，並不是化學腐蝕造成浸蝕問題.對於異常情況，如綠油起泡，說明綠油與銅面的結合力出現問題.這種情況多源於板面氧化或者板面水漬，使得綠油與銅面出現局部的結合不良.在鎳缸的高溫和有機溶劑的環境下，該處綠油由於膨脹作用使得綠油與局部銅面徹底分離，造成綠油起泡.對於綠油側邊大面積浮離問題，仍然是綠油與銅面的結合力，其不能抵抗膨脹作用而造成側邊翻卷剝離.這種情況通過沉金後烘板絲毫不能減輕甩綠油狀態，但是，如果改善綠油前磨板的粗糙度和水洗乾板效果，問題就可以避免.另外一種情況，很多人提出常溫下微蝕液甚至5%稀鹽酸，會造成綠油浮離.其實這是一種誤解.只有在板面氧化嚴重或者綠油與銅面結合力太差時，鹽酸或微蝕液才會浸入綠油下面.正常情況下，微蝕液對綠油邊銅的攻擊受制於擴散作用而緩慢很多，所以，綠油下的銅更難被微蝕液咬蝕.通常在生產中，某些返工的板(銅面污染)，微蝕液造成孔內無銅出現，仍然見不到綠油浮離的現象.所以，無論生產線出現任何形式的甩綠油，其著眼點都應放在綠油製程加以改善。
誤區五
鎳缸保護電壓越小越好，而且應是定值對於鎳缸正電保護，其目的是增加一個外部電壓，從而抑制鎳沉積在缸壁或加熱器表面.當然，在能夠抑制鎳沉積前提下，保護電壓確實越小越好，至少可以節約那么一點成本.但是，鎳缸中不可避免顆粒出現，如掛具帶入(包括鎳金碎片、未洗淨鈀液等).那么鎳缸在使用過程中有效陽極面積不斷擴大，被鍍陰極在使用過程中表面積也不擴大(鎳沉積造成).為維護相同的保護抑制作用，必須升高電壓來彌補電流的增大.通常開完新的鎳缸，鎳缸的保護電壓一般設定為0.9V，有人擔心電壓設定太高會影響鎳缸各組份間的平衡關係.而事實上，某些時候在鎳缸後，其保護電流已升到0.8A，理論應該換備用缸以節省成本，但客戶的交貨期是不能延誤的，我們將保護電壓升至1.5V或更高，連續生產兩天，至鎳缸壽命結束(已經難以滿足鎳厚要求)，也未出現新的問題.所以，正常情況下，鎳缸的保護電壓可以按需要來設定.
誤區六
化學薄金工藝測量金厚時，有時出現大於6μ的數據就表示金缸出現問題通常我們的金厚要求為2-6μ(0.05-0.15μm)，在正常工藝條件下，由於化學薄金的特性及程式時間的確定，浸金厚度是很難達到6μ.*造成金厚測量數據偏大的主要原因往往出現在X-ray機的標準曲線發生偏移，或者測量時聚焦精度不足小Pad位邊綠部分對測量數據造成影響.另外，銅面粗糙度太大，造成表面積甚至成倍增大，從而出現金厚成倍增大的假象.還有，不同的基材也會影響測量數據，有的PCB在沉金前測量金厚，其數據顯示甚至超過0.1μm。
誤區七
鎳缸冒出氫氣越多，說明鎳缸活性越高反應速度與活性是兩個完全不同的範疇.反應速度快，只說明達到拖缸反應條件的活性粒子足夠多，並不能代表能達到PCB的Pad位活性的粒子就多.對於活性來講，活性好就表示體系的選擇性既不高也不低.活性高意味著選擇性低.不但Pad位都發生鎳沉積，而且基材、綠油等部位也有可能發生鎳沉積.活性低意味選擇性高，只有活化良好的Pad位才容易發生鎳沉積，而活化效果不佳Pad位就有可能出現漏鍍.所以，不能以拖缸板的反應速度來衡量鎳缸活性的高低.活性的高低主要是由穩定劑如[Pb(CH3COO)2]和加速劑(如Na2S2O3)來決定，而這兩者對於反應速度，並沒有直接的關係.至於反應速度，則主要由生成物濃度(如Na2S2O3、H+)來決定，而生成物濃度同活性也沒有直接的關係.唯一能將反應速度和活性聯繫起來的因素則是溫度，溫度升高，活性和反應速度都升高.但是，溫度對活性的變化很敏感而對反應速度的變化則很小。
