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化学镀镍浸金金厚不均探究 化学镀镍浸金金厚不均探究 胡光辉,李大树,黄奔字,蒙继龙 (1.华南理工大学机械工程学院,广东广州510640; 2.安捷利(番禺)电子实业有限公司,广东番禺511455) [摘要]分析了化学镀镍浸金过程中金层厚度不均的现象及其产生的原因.试验发现,面积 不同的铜面发生电气互联时容易造成金厚不均的现象,而无电气互联情况时,金厚均匀性比较好.导 致金厚不均的原因有两种情况,一种是电势影响,二是双极性效应. [关键词]化学镀镍;浸金;双极性效应 [中图分类号]TQ153.1[文献标识码]B[文章编号]1001—1560(2006)07—0064一O2 O前言 印制电路板的表面处理方法分为化学镀镍浸 金,电镀镍金,有机可焊性保护膜(OSP),电镀铅 锡,电镀纯锡,化学镀银,化学镀锡等等¨j.这些 表面涂镀覆层可以提供高度平整的连接盘表面,有 利于表面安装器件的贴装和提高电气连接的可靠 性.其中化学镀镍浸金工艺因具有可熔焊,搭接, 接触导通以及协助散热等功能,在印制电路板行业 大量使用.化学镀镍浸金具有可焊性好,焊垫平 坦,保存时间长等优点,但也存在黑镍,镀层韧性不 佳等不足,还存在浸金层厚度不均的问题.本工作 对浸金层厚度不均的原因进行了深入探讨,以期找 到适当的解决方案. 1试验 化学镀镍浸金所使用的添加剂为日本澳野 UPC系列产品.按照所提供的参数进行镀镍浸 金,具体的流程如下:除油一水洗一热水洗一 微蚀一水洗一中和一水洗一预浸一活化一 水洗一酸洗一水洗一化学镀镍一水洗一浸 金一金回收一水洗一热水洗. 活化:Pd”45～55mg/L,HCI8O～120mL/L, 温度25,时间1～2min. [收稿日期]2006—02—03 化学镀镍:Ni”4.6～5.2g/L,NaH2PO22O～ 25g/L,pH值4.5～5.0,温度8O,时间10min. 浸金:Au浓度1.2～2,0g/L,金添加剂5%～ 10%,温度88oC,pH值5.8,时间5～10min. 试验中使用的试片分为两种: (1)用覆铜箔制备一大一小两个铜面,导通时 两铜面用一细导线连接,不导通时两铜面间的细导 线断开. (2)安捷利(番禺)电子实业有限公司的产品 A和B. 进行双电极效应试验时,使用两片314不锈钢 片作正,负极,使用0～3OV,0～5A的直流恒电位 仪供外电流,控制恒电流0.20A. 试片经化学镀镍浸金后,使用FISCHERSCOPE x—RAYSYSTEMXDL系列x射线荧光测试仪. 2结果与讨论 2.1不同样品金厚不均分析 化学镀镍浸金的原理可概括如下:化学镀镍是 利用钯等活性中心催化次亚磷酸钠氧化,而镍离子 则通过次亚磷酸钠氧化产生的电子或氢原子还原 成镍原子,此过程中也发生了磷的沉积,故得到镍 磷合金镀层.而浸金过程主要利用置换反应,由金 离子咬蚀镍磷镀层中的镍原子,而氧化镍还原金离 子,最后便生成了金镀层_5].试验发现不同的产 6tt一一 ls一￡ ～ 一-一 化学镀镍浸金金厚不均探究 品经化学镀镍浸金后,总会出现不同部位金厚不均 匀的现象,有些部位金层较薄,有些地方较厚(见 表1). 表1各种表面的金厚pm 从表1可发现,虽然不同产品的金厚存在差 别,但是具有明显的规律性,即当大,小铜面上存在 电气连接时,大铜面上的金厚要小于小铜面上的金 厚;当大,小铜面不存在电气连接时,大,小铜面上 的金厚则比较相近.由于非同一试片,或者不同时 间收集的数据都会导致大面积铜面上金厚出现差 异,因此不比较大面积铜上金厚的差别;小铜面上 也是如此. 由于浸金是一种置换反应,在大,小铜面上金 咬蚀镍的速率是相等的,但是在相同时间内大铜面 上镍氧化放出的电子数比小铜面上的多,当大,小 铜面存在电气连接时,大铜面充当释放电子的阳 极,而小铜面充当得电子的阴极.因此,金离子在 小铜面上的还原析出比大铜面容易,金层厚度更 厚. 大,小铜面上金厚的差别也可以从电子电势高 低的角度进行分析.当大,小铜面发生镍置换金 时,金咬蚀镍的速度相同,所反映的电流密度大小 相等,即J=Js,存在的电流为几?Agt;Js?As,相 同时间内的电量:Qgt;Q,因为Q=c?u,同一材 料的电容相同,故电量大的铜面的电子电势更高, 电子易从高电势往低电势迁移,造成小铜面上的电 子密度高于大铜面的,从而金在小铜面上的置换反 应速度更快. 2.2双极性效应 化学镀镍浸金过程中金厚存在差别除了电势 差原因外,双极性效应也是要考虑的因素.在化学 镀镍过程中,槽壁通过小电流以氧化除去沉积在槽 壁上的镍.在施镀过程中,此小电流的存在会使板 的两面存在电荷分布的差异,靠近正极的表面荷负 电荷,而靠近负极的表面荷正电荷. 选取两面电气互连的产品B进行化学镀镍浸 金,之后用x射线