PCB印制电路板表面镀镍工艺模板.doc
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1、1概述 镍,元素符号Ni,原子量587,密度888g/cm3,Ni2+电化当量1095gAH。 用于印制板镍镀层分为半光亮镍(又称低应力镍或哑镍)和光亮镍两种。关键作为板面镀金或插头镀金底层,依据需要也可作为面层,镀层厚度根据IPC-6012(1996)标准规不低于225m。镍镀层应含有均匀细致,孔隙率低,延展性好等特点,而且低应力镍应含有宜于钎焊或压焊功效。2低应力镍 21镀镍机理 阴极:在阴极上,镀液中镍离子取得电子沉积出镍原子,同时伴有少许氢气析出。 Ni2+2e+Ni0Ni2+Ni=-025V 2H+2e+H20Ni2+N2=-0.0V 即使Ni标准电极电位很负,但因为氢过电位和镀液中
2、镍离子浓度、温度、pH等操作条件影响,阴极上析出氢极少,这时镀液电流效率可达98以上。只有当pH很低时,才会有大量氢气析出,此时阴极上无镍沉积。 阳极:一般镀镍使用可溶性镍阳极。阳极主反应为金属镍电化学溶解: Ni-2eNi2+ 当阳极电流密度过高,电镀液中又缺乏阳极活化剂时,阳极将发生钝化并伴有氧气析出: 2H20-4e02+4H+ 当镀液中有氯离子存在时,也可能发生析出氯气得反应: 2C1-2eC12 阳极上金属镍电化学溶解使镍离子不停进入溶液,从而提供了阴极电沉积所需镍离子。但当阴极面积不够大或镀液中活化剂不够时,将造成阳极钝化而析出氧,生成氧进步氧化阳极表面,生成棕色Ni203氧化膜。
3、 2Ni+3ONi2O3 因为阳极钝化,使电流密度降低,槽电压升高,电能损失增加。 当使用高速镀镍工艺时,阳极采取非溶性材料如:铂、钛上镀铂网或钛上镀钌网,也能够采取含硫活性镍阳极。22镀液配方及操作条件 23镀液配制 1)在备用槽中,用热去离子水溶解计量硫酸镍、氯化镍和计量1/2硼酸。 2)加热至5560,加活性炭3g/L,搅拌2h,静置2h,过滤,将无炭粒溶液转人已清洗洁净工作槽中。 3)搅拌下,加入其它量硼酸,调pH到30,在55-60下,用瓦楞形阴极,在0305Adm2下电解,直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止。通常通电量需达4Ah/L。 4)加入添加剂和润湿剂,搅拌,调pH及液位,分析
4、镀液成份。试镀。 假如所用硫酸镍、氯化镍等材料纯度低,则需在加活性炭之前,先加H2O213mlL,搅拌半小时,加热至65,保持半小时,再加活性炭并继续按步骤进行。 24各成份作用 241主盐 硫酸镍或氨基磺酸镍是镀镍溶液关键成份,在一般镀镍中,控制Ni2+浓度65-75gL。表7-2中列出了这两种类型镀液所镀出镀层关键性能比较。从表中看出,以氨基磺酸盐型低应力镍镀层性能更佳。但氨基磺酸镍稳定性较差,价格较贵。而用硫酸镍为主盐也能达成技术要求。 提升主盐浓度,能够提升镀层沉积速度,并能使许可电流密度范围扩大,但主盐浓度太高会造成镀液分散能力降低。主盐浓度降低造成镀层沉积速度降低,严重时会造成高电
5、流区镀层烧焦。242阳极活化剂 为了确保阳极正常溶解,预防阳极钝化,镀液中需要阳极活化剂。镍卤族化合物如:氯化镍、溴化镍等能够作为镍阳极活化剂。氯化镍浓度不能太高,不然会使镀层应力增加,通常以氯化镍小于30gL为宜;以溴离子作阳极活化剂,它浓度升高影响不大,但溴化物原料起源不如氯化镍方便。 阳极钝化有以下现象: 1)槽电压升高,通常可达6V以上,但电流却很小。 2)阳极表面气泡较多,有时会有刺激性气味,甚至表面呈褐色。 造成阳极钝化关键原因: 镀液中阳极活化剂浓度太低。 阳极面积太小。 此时,将溶液和阳极面积调整后,将阳极取出,经稀硫酸处理后,洗净重新放人镀液。243缓冲剂 硼酸是镀镍溶液最好
6、缓冲剂。它能够将镀液酸度控制在一定范围之内,为了达成最好缓冲效果,硼酸浓度不能低于30gL,最好保持在40-50gL。 H2BO3缓冲作用是经过H2BO3电离来维持,H2BO3是一个弱酸,它在水溶液中电离反应以下: H2BO3和H+H2BO3- H2BO3和H+HBO32- HBO32和H+BO33- 当溶液pH上升时,电离平衡向右进行,维持了溶液pH值稳定;当溶液pH下降时,使电离平衡向左进行,一样维持了溶液pH稳定。 硼酸不仅含有pH缓冲能力,而且它能提升阴极极化,改善镀液性能,使在较高电流密度下,镀层不易烧焦。硼酸存在也有利于改善镀层机械性能。244添加剂 添加剂加入,改善了镀液阴极极化
7、,使镀层均匀细致并含有半光亮镍光泽,同时改善了镀液分散能力。 添加剂关键成份是应力消除剂,因为添加剂加入,降低了镀层内应力,伴随添加剂浓度改变,能够使镀层内应力由张应力改变为压应力。能起到这种作用材料有如:萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等。添加剂成份选配适宜,能够使镀层均匀细致有光泽而且可焊性好。245润湿剂润湿剂能降低镀液表面张力,使表面张力降至35-37dyncm,这有利于消除镀层针孔、麻点。用于印制板镀镍溶液宜使用低泡润湿剂,如:二乙基已基硫酸钠、正辛基硫酸钠等。25操作条件 251pH值 pH控制在354为宜。当pH一定时,伴随电流密度增加,电流效率也增加。pH高,镍沉积速度快,但pH太高
8、将造成阴极周围出现碱式镍盐沉淀,从而产生金属杂质夹杂,使镀层粗糙、毛刺和脆性增加。pH低些,镀层光泽性好,但pH太低造成阴极电流效率降低,沉积速度降低,严重时阴极大量析氢,镀层难以沉积。 使用可溶性阳极镀液,伴随电极过程进行,镀液pH逐步升高。使用不溶性阳极镀液,因为阳极析氧,使镀液中OH-浓度降低,从而pH会降低。 降低镀液pH用10(VV)H2S04;提升镀液pH用碳酸镍或碱式碳酸镍。提升镀液pH不宜用N。OH,因为钠离子在镀液中积累会降低电流密度上限,轻易造成高电流区镀层烧焦。碳酸镍加入方法最好是将它放人聚丙烯滤袋并挂在镀液中,使其缓慢溶于镀液中,且不可将固体物直接放入镀液中,当pH达成
9、要求后,取出滤袋,洗净后烘干备用。当市售碳酸镍难以购到时,能够自己制备:将3份重量硫酸镍和13份重量无水碳酸钠分别用少许去离子水溶解,在搅拌下将碳酸钠溶液慢慢倒人硫酸镍溶液中,反应方程式以下: NiSO4+Na2CO,NiCO3+Na2SO4 待沉淀完全后,过滤,用去离子水洗涤沉淀数次,以去除硫酸钠,沉淀即可使用。252温度 操作温度对镀层内应力影响较大,提升温度可降低镀层内应力,当温度由10-35时,镀层内应力有显著降低,到60以上,镀层内应力稳定。通常维持操作温度5560为宜。 镀液操作温度升高,提升了镀液中离子迁移速度,改善了溶液电导,从而也就改善了镀液分散能力和深镀能力,使镀层分布均匀
10、。同时温度升高也能够许可使用较高电流密度,这对高速电镀极为关键。253电流密度 在达成最高许可电流密度之前,阴极电流效率随电流密度增加而增加。在正常操作条件下,当阴极电流密度4Adm2时,电流效率可达97,而镀层外观和延展性全部很好。对于印制板电镀,因为拼板面积比较大,至使中心区域和边缘电流密度可相差数倍,所以实际操作时,可取操作电流密度2Adm2左右为宜。 254搅拌 搅拌能有效地清除浓差极化,确保电极过程连续有效地进行,同时也有利于阴极表面产生少许氢气很快逸出,降低可能出现针孔、麻点。搅拌方法可采取:镀液连续过滤、阴极移动和空气搅拌,或选择其中二者相配合。对于高速镀镍,其电流密度高达20A
11、dm2以上,为了愈加好清除浓差极化,应配有镀液喷射专用设备。 镀液连续过滤是必需,它可立即清除镀液中机械杂质,又能保持镀液流动。过滤机能力以满足每小时过滤镀液25次为宜,滤芯用聚丙烯材料,精度以5m为宜。若采取阴极移动,振幅2025mm,1520次min。 若采取空气搅拌,则必需和连续过滤相配合,所供压缩空气应是无油压缩空气,气流中速,假如空气量太大,造成溶液流动太快,将降低镀液分散能力。 255镍阳极 常规镀镍均采取可溶性镍阳极,能够使用镍板或装在钛篮中镍角,并用吊钩将阳极悬挂在阳极杆上。 理想阳极要能够均匀溶解,不产生杂质进入镀液,不形成任何残渣。所以对阳极材料成份及阳极结构全部有严格要求
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