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1、印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(一) 摘要 本文在简单介绍印制板化学镀镍金工艺原理基础上,对化学镍金之工艺步骤、化学镍金之工艺控制、化学镍金之可焊性控制及工序常见问题分析进行了较为具体叙述。关键词 印制电路板,化学镍金,工艺1 序言在一个印制电路板制造工艺步骤中,产品最终之表面可焊性处理,对最终产品装配和使用起着至关关键作用。综观当今中国外,针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理方法,关键包含以下多个:Electroless Nickel and Immersion Gold(1) 热风整平;(2) 有机可焊性保护剂;(3) 化学沉镍浸金;(4) 化学镀银;(5) 化学浸锡;(6) 锡 /
2、铅再流化处理;(7) 电镀镍金;(8) 化学沉钯。其中,热风整平是自阻焊膜于裸铜板上进行制作之制造工艺(SMOBC)采取以来,迄今为止使用最为广泛成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方法。对一个装配者来说,可能最关键是轻易进行元器件集成。任何新印制电路板表面可焊性处理方法应该能担当N次插拔之重担。除了集成轻易之外,装配者对待处理印制电路板表面平坦性也很敏感。和热风整平制程所加工焊垫之较恶劣平坦度相关漏印数量,是改变此种表面可焊性涂覆处理方法原因之一。镀镍/金早在70年代就应用在印制板上。电镀镍/金尤其是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨Au-Co 、Au-Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊印制
3、板上应用着。但它需要“工艺导线”达成互连,受高密度印制板SMT安装限制。90年代,因为化学镀镍/金技术突破,加上印制板要求导线微细化、小孔径化等,而化学镀镍/金,它含有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好,且有一定耐磨等优点,尤其适合打线(Wire Bonding)工艺印制板,成为不可缺乏镀层。但化学镀镍/金有工序多、返工困难、生产效率低、成本高、废液难处理等缺点。铜面有机防氧化膜处理技术,是采取一个铜面有机保焊剂在印制板表面形成之涂层和表面金属铜产生络合反应,形成有机物-金属键,使铜面生成耐热、可焊、抗氧化之保护层。现在,其在印制板表面涂层也占有一席之地,但此保护膜薄易划伤,又不导电,且存在下道测
4、试检验困难等缺点。现在,伴随环境保护意识增强,印制板也朝着三无产品(无铅、无溴、无氯)方向前进,以后采取化学浸锡表面涂覆技术厂家会越来越多,因其含有优良多重焊接性、很高表面平整度、较低热应力、简易制程、很好操作安全性和较低维护费。但其所形成之锡表面耐低温性(-55)尚待深入证实。伴随SMT技术之快速发展,对印制板表面平整度要求会越来越高,化学镀镍/金、铜面有机防氧化膜处理技术、化学浸锡技术采取,以后所占百分比将逐年提升。本文将着重介绍化学镀镍金技术。2 化学镀镍金工艺原理化学镀镍金最早应用于五金电镀表面处理,以后以次磷酸钠(NaH2PO2)为还原剂酸性镀液,逐步利用于印制板业界。中国港台地域起
5、步较早,而大陆则较晚,于1996年前后才开始化学镀镍金批量生产。2.1 化学镀镍金之催化原理作为化学镍沉积,必需在催化状态下,才能发生选择性沉积。铜原子因为不含有化学镍沉积催化晶种特征,所以需经过置换反应,使铜面沉积所需要催化晶种。 (1)钯活化剂Pd2+ + Cu Pd + Cu2+ (2)钌活化剂Ru2+ + Cu Ru + Cu2+2.2 化学镀镍原理化学镀镍是借助次磷酸钠(NaH2PO2)在高温下(85100),使Ni2+ 在催化表面还原为金属,这种新生Ni 成了继续推进反应进行催化剂,只要溶液中多种原因得到控制和补充,便可得到任意厚度镍镀层。完成反应不需外加电源。以次磷酸钠为还原剂酸
6、性化学镀镍反应比较复杂,以下列四个反应加以说明:H2PO2 + H2O H + + HPO32 + 2 H Ni2+ + 2 H Ni + 2 H +H2PO2 + H H2O + OH + PH2PO2 + H2O H + + HPO32 + H2由上可见,在催化条件下,化学反应产生镍沉积同时,不仅伴伴随磷(P)析出,而且产生氢气(H2)逸出。另外,化学镀镍层厚度通常控制在45m,其作用同金手指电镀镍一样,不仅对铜面进行有效保护,预防铜迁移,而且含有一定硬度和耐磨性能,同时拥有良好平整度。 在镀件浸金保护后,不仅能够替换拔插不频繁金手指用途(如电脑内存条),同时还能够避免金手指周围连接导电线
7、处斜边时所遗留之裸铜切口。2.3 浸金原理镍面上浸金是一个置换反应。当镍浸入含Au(CN)2溶液中,立即受到溶液浸蚀抛出2个电子,并立即被Au(CN)2所捕捉而快速在镍上析出Au:2 Au(CN)2 + Ni 2 Au + Ni2+ + 4 CN 浸金层厚度通常在0.030.1m之间,但最多不超出0.15m。其对镍面含有良好保护作用,而且含有很好接触导通性能。很多需按键接触电子器械(如手机、电子字典),全部采取化学浸金来保护镍面。另外需指出,化学镀镍/金镀层焊接性能是由镍层来表现,金只是为了保护镍可焊性能而提供。作为可焊镀层金厚度不能太高,不然会产生脆性和焊点不牢故障,但金层太薄防护性能变坏。
8、 毛晓丽 (南京职业信息技术学院,南京,210013)印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(二) 3化学镀镍金工艺步骤作为化学镀镍金步骤,只要含有以下6个工作站就可满足其生产要求:除油(37min) 微蚀(12min) 预浸(0.51.5min) 活化(26min) 沉镍(2030min) 浸金(711min)3.1安美特(Atotech)企业化学镀镍金Aurotech工艺步骤 Aurotech 是安美特企业开发化学镀镍/金制程商品名称。适适用于制作阻焊膜以后印制电路板裸铜区域(通常是焊脚或连接盘导通孔)进行选择性镀覆化学法。Aurotech 工艺能在裸露铜表面和金属化孔内沉积均匀化学镍/金镀层,即
9、使是高厚径比小孔也如此。Aurotech 还尤其用于超细线电路,经过边缘和侧壁最好覆盖达成完全抗蚀保护,同热风整平相比较,Aurotech 没有尤其高温度,印制板基材不会产生热应力变形。另外,热风整平对通孔拐角处覆盖较差,而化学镀镍/金却很好。和有机可焊涂层相比较,除了熔焊性能之外,Aurotech 镀层还含有好搭接焊、接触导通和散热功效。Aurotech 工艺步骤及操作参数见表1。表1 Aurotech 之工艺步骤及操作参数 工序号 工序名称 药品名称配制浓度PH值温度处理时间1酸性清洁剂CupraprosH2SO4(d=1.84)100ml/L10ml/L13540C463级逆流水洗自来水
10、342微蚀Na2S2O8H2SO4(d=1.84)100g/L20ml/L12535C233级逆流水洗自来水343预浸H2SO4(d=1.84)50ml/L12232C35活化Aurotech-activatorH2SO4(d=1.84)200ml/L50ml/L83)镍面钝化1)升高金槽PH值;2)检验水质量;3)控制镀镍后沉金前打气及停留时间漏镀1)活化时间不足;2)镍槽活性不足1)提升活化时间;2)使用校正液,提升镍槽活性渗镀1)蚀刻后残铜;2)活化后镍槽前水洗不足;3)活化剂温度过高;4)钯浓度太高;5)活化时间过长;6)镍槽活性太强1)反馈前工序处理;2)延时水洗或加大空气搅拌;3)
11、降低温度至控制范围;4)降低浓度至控制范围;5)降低活化时间;6)合适使用稳定剂镍厚偏低1)PH 太低;2)温度太低;3)拖缸不足;4)镍槽生产超6MTO1)调高PH值;2)调高温度;3)用光板拖缸2030min;4)更换镍槽金厚偏低1)镍层磷含量高;2)金槽温度太低;3)金槽PH值太高;4)开新槽时起始剂不足1)提升镍槽活性;2)提升温度;3)降低PH值;4)合适加入起始剂作者:毛晓丽多个不一样工艺PCB步骤介绍 *单面板工艺步骤下料磨边钻孔外层图形(全板镀金)蚀刻检验丝印阻焊(热风整平)丝印字符外形加工测试检验 *双面板喷锡板工艺步骤下料磨边钻孔沉铜加厚外层图形镀锡、蚀刻退锡二次钻孔检验丝
12、印阻焊镀金插头热风整平丝印字符外形加工测试检验*双面板镀镍金工艺步骤下料磨边钻孔沉铜加厚外层图形镀镍、金去膜蚀刻二次钻孔检验丝印阻焊丝印字符外形加工测试检验*多层板喷锡板工艺步骤下料磨边钻定位孔内层图形内层蚀刻检验黑化层压钻孔沉铜加厚外层图形镀锡、蚀刻退锡二次钻孔检验丝印阻焊镀金插头热风整平丝印字符外形加工测试检验*多层板镀镍金工艺步骤下料磨边钻定位孔内层图形内层蚀刻检验黑化层压钻孔沉铜加厚外层图形镀金、去膜蚀刻二次钻孔检验丝印阻焊丝印字符外形加工测试检验*多层板沉镍金板工艺步骤下料磨边钻定位孔内层图形内层蚀刻检验黑化层压钻孔沉铜加厚外层图形镀锡、蚀刻退锡二次钻孔检验丝印阻焊化学沉镍金丝印字符
13、外形加工测试检验印制电路板可制造性-地线设计 现在电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为关键装配方法。实践证实,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不妥,也会对电子设备可靠性产生不利影响。比如,假如印制板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形延迟,在传输线终端形成反射噪声。所以,在设计印制电路板时候,应注意采取正确方法。地线设计 在电子设备中,接地是控制干扰关键方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用,可处理大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点:1.正确选择单点接地和多点接地在低频电路中,信号工作频率
14、小于1MHz,它布线和器件间电感影响较小,而接地电路形成环流对干扰影响较大,所以应采取一点接地。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽可能降低地线阻抗,应采取就近多点接地。当工作频率在110MHz时,假如采取一点接地,其地线长度不应超出波长1/20,不然应采取多点接地法。2.将数字电路和模拟电路分开电路板上现有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽可能分开,而二者地线不要相混,分别和电源端地线相连。要尽可能加大线性电路接地面积。3.尽可能加粗接地线若接地线很细,接地电位则随电流改变而改变,致使电子设备定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏。所以应将接地线尽可能加粗,使它能经过三在
15、印制电路板许可电流。如有可能,接地线宽度应大于3mm。4.将接地线组成闭环路设计只由数字电路组成印制电路板地线系统时,将接地线做成闭环路能够显著提升抗噪声能力。其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多元件时,因受接地线粗细限制,会在地结上产生较大电位差,引发抗噪声能力下降,若将接地结组成环路,则会缩小电位差值,提升电子设备抗噪声能力印制电板路设计中工艺缺点 一、焊盘重合1、焊盘(除表面贴焊盘外)重合,意味孔重合,在钻孔工序会因为在一处数次钻孔造成断钻头,造成孔损伤。2、多层板中两个孔重合,如一个孔位为隔离盘,另一孔位为连接盘(花焊盘),这么绘出底片后表现为隔离盘,造成报废。
16、二、图形层滥用1、在部分图形层上做了部分无用连线,原来是四层板却设计了五层以上线路,使造成误解。2、设计时图省事,以Protel软件为例对各层全部有线用Board层去画,又用Board层去划标注线,这么在进行光绘数据时,因为未选Board层,遗漏连线而断路,或会因为选择Board层标注线而短路,所以设计时保持图形层完整和清楚。3、违反常规性设计,如元件面设计在Bottom层,焊接面设计在Top,造成不便。三、字符乱放1、字符盖焊盘SMD焊片,给印制板通断测试及元件焊接带来不便。2、字符设计太小,造成丝网印刷困难,太大会使字符相互重合,难以分辨。四、单面焊盘孔径设置1、单面焊盘通常不钻孔,若钻孔
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