1、化學鍍鎳浸金金厚不均探究胡光輝 ，李大樹 ，黃奔字 ，蒙繼龍(1華南理工大學機械工程學院，廣東廣州510640；2安捷利(番禺)電子實業有限公司，廣東番禺511455)摘要 分析了化學鍍鎳浸金過程中金層厚度不均的現象及其產生的原因。試驗發現，面積不同的銅面發生電氣互聯時容易造成金厚不均的現象，而無電氣互聯情況時，金厚均勻性比較好。導致金厚不均的原因有兩種情況，一種是電勢影響，二是雙極性效應。關鍵詞 化學鍍鎳；浸金；雙極性效應中圖分類號TQ1531 文獻標識碼B 文章編號10011560(2006)070064一O2O 前言印制電路板的表面處理方法分為化學鍍鎳浸金、電鍍鎳金、有機可焊性保護膜(O

2、SP)、電鍍鉛錫、電鍍純錫、化學鍍銀、化學鍍錫等等¨ j。這些表面涂鍍覆層可以提供高度平整的連接盤表面，有利于表面安裝器件的貼裝和提高電氣連接的可靠性。其中化學鍍鎳浸金工藝因具有可熔焊、搭接、接觸導通以及協助散熱等功能，在印制電路板行業大量使用。化學鍍鎳浸金具有可焊性好、焊墊平坦、保存時間長等優點，但也存在黑鎳、鍍層韌性不佳等不足，還存在浸金層厚度不均的問題。本工作對浸金層厚度不均的原因進行了深入探討，以期找到適當的解決方案。1 試驗化學鍍鎳浸金所使用的添加劑為日本澳野UPC系列產品。按照所提供的參數進行鍍鎳浸金，具體的流程如下：除油一水洗一熱水洗一微蝕一水洗一中和一水洗一預浸一活化

3、一水洗一酸洗一水洗一化學鍍鎳一水洗一浸金一金回收一水洗一熱水洗。活化：Pd“4555 mgL，HCI 8O120 mLL，溫度25 ，時間12 min。化學鍍鎳：Ni“4652 gL，NaH2PO2 2O25 gL，pH值4550，溫度8O ，時間10 min。浸金：Au濃度122、0 gL，金添加劑5 10，溫度88 oC，pH值58，時間510 min。試驗中使用的試片分為兩種：(1)用覆銅箔制備一大一小兩個銅面，導通時兩銅面用一細導線連接，不導通時兩銅面間的細導線斷開。(2)安捷利(番禺)電子實業有限公司的產品A和B。進行雙電極效應試驗時，使用兩片314不銹鋼片作正、負極，使用03O V

4、、05 A的直流恒電位儀供外電流，控制恒電流020 A。試片經化學鍍鎳浸金后，使用FISCHERSCOPE xRAY SYSTEM XDL系列x射線熒光測試儀。2 結果與討論21 不同樣品金厚不均分析化學鍍鎳浸金的原理可概括如下：化學鍍鎳是利用鈀等活性中心催化次亞磷酸鈉氧化，而鎳離子則通過次亞磷酸鈉氧化產生的電子或氫原子還原成鎳原子，此過程中也發生了磷的沉積，故得到鎳磷合金鍍層。而浸金過程主要利用置換反應，由金離子咬蝕鎳磷鍍層中的鎳原子，而氧化鎳還原金離子最后便生成了金鍍層5.6 。試驗發現不同的產品經化學鍍鎳浸金后，總會出現不同部位金厚不均勻的現象，有些部位金層較薄，有些地方較厚(見表1)。

5、從表1可發現，雖然不同產品的金厚存在差別，但是具有明顯的規律性，即當大、小銅面上存在電氣連接時，大銅面上的金厚要小于小銅面上的金厚；當大、小銅面不存在電氣連接時，大、小銅面上的金厚則比較相近。由于非同一試片，或者不同時間收集的數據都會導致大面積銅面上金厚出現差異，因此不比較大面積銅上金厚的差別；小銅面上也是如此。由于浸金是一種置換反應，在大、小銅面上金咬蝕鎳的速率是相等的，但是在相同時間內大銅面上鎳氧化放出的電子數比小銅面上的多，當大、小銅面存在電氣連接時，大銅面充當釋放電子的陽極，而小銅面充當得電子的陰極。因此，金離子在小銅面上的還原析出比大銅面容易，金層厚度更厚。大、小銅面上金厚的差別也可

6、以從電子電勢高低的角度進行分析。當大、小銅面發生鎳置換金時，金咬蝕鎳的速度相同，所反映的電流密度大小相等，即J =Js，存在的電流為幾·A >Js·As，相同時間內的電量：Q >Q ，因為Q=c·u，同一材料的電容相同，故電量大的銅面的電子電勢更高，電子易從高電勢往低電勢遷移，造成小銅面上的電子密度高于大銅面的，從而金在小銅面上的置換反應速度更快。22 雙極性效應化學鍍鎳浸金過程中金厚存在差別除了電勢差原因外，雙極性效應也是要考慮的因素。在化學鍍鎳過程中，槽壁通過小電流以氧化除去沉積在槽壁上的鎳。在施鍍過程中，此小電流的存在會使板的兩面存在電荷分布的差

7、異，靠近正極的表面荷負電荷，而靠近負極的表面荷正電荷 。選取兩面電氣互連的產品B進行化學鍍鎳浸金，之后用x射線熒光測厚儀進行金厚和鎳厚的測量，結果見表2。試驗結果表明，在雙極性效應條件下，鍍件反面的金、鎳厚度均大于鍍件正面的。鎳厚的差別是因為在雙極性效應作用下，鍍件面向正極的一面帶負電荷，有利于加速鎳的沉積。而面向負極的一面則帶正電荷，不利鎳的沉積。金厚差別可能與鍍層中磷含量相關。23 金厚不均程度為了便于比較，將上述表1、表2的數據整合分析，可以發現，當大、小銅箔不發生電氣相連時，兩者的平均值接近，金厚分布均勻；而大、小銅箔電氣互連時，金厚相差l27，大、小焊盤存在電氣連接的產品A，金厚相差顯著，高達287；雙極性效應產生的金厚差別也比較大，具有104的偏差。導致產品A金厚差別最大的原因在于，它既存在電勢差的影響，又有雙極性效應的作用。而其他幾種情況只受電勢差影響或雙極性效應影響，因此削弱其中任何一種均可改善金厚的分布。3 結論化學鍍鎳浸金過程中面積不同的銅面發生電氣互連時容易造成金厚不均的現象，無電氣互連時，金厚均勻性比較好。導致金厚不均的原因主要有兩種情況，一是大、小銅面之間存在的電勢差影響，二是不銹鋼槽壁通保護電流產生的雙極性效應。根據上述金厚不均的原因，