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化学镍工艺概念及分析

来源:电镀人时间:2018-12-19

一、化学镍概念

化学镍金又称化镍金、沉镍金或者无电镍金,化学镍金是通过化学反应在铜的表面置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍磷合金层,然后再通过置换反应在镍的表面镀上一层金。

 

化学镍金作为PCB表面处理之一,如果来料铜面异常会导致化学镍金后出现漏镀、甩镍金、金面异色等品质异常,其中的金面异色问题通常情况下会从化学镍金前处理方面着手解决。而本文中所讲的金面异色为金厚偏薄异色,并且异色问题均集中在IC和BGA位置,如图1所示。本文将就此问题产生的原因进行分析,并给出改善措施,最终解决这类金面异色问题。

 化学镀镍

 

二、原因分析

2.1沉金反应原理

当PCB板面镀好镍层放入金槽后,其镍面即受到槽液的攻击而溶出镍离子,所抛出的两个电子被金氰离子获得而在镍面上沉积出金层,反应机理如下:

阳极反应:Ni→Ni2++2e-    E0=0.25V

阴极反应:Au(CN)2-+e-→Au+2CN-    E0=0.6V

总反应式  Ni + Au(CN)2- → Ni2+ + Au + 2CN-

 

从以上沉金反应机理可以得出此反应属于典型的置换反应,总反应的电位为-0.35V,在Ni和Au+的接触便可自发进行,理论上镍面上完全覆盖上一层Au之后,金的析出便停止,实际上由于金层表面上孔隙较多,故多孔金属下的镍仍可溶解抛出电子而金继续析出在镍上,只不过速率会愈来愈低,直至终止。

 

2.2 金面异色原因分析

2.2.1正常IC与异常IC镍厚切片分析

 

从以上切片镍厚测量得出,IC异色处与正常IC位镍厚无明显差异,说明造成IC异色原因不是沉金假镀(镍厚偏薄)引起,即此类IC露镍异色与镍厚无关系。

 

2.2.2正常IC与异色IC金镍厚测量

 

从以上异常IC与正常IC金厚测试数据得出,异常IC与正常IC镍厚无明显差距,但异常IC金厚比正常IC金厚最大相差0.82微英寸,因此可以判定IC异色为金厚过薄呈现镍的颜色所致。

 

2.2.3正常IC与异色IC镍层SEM及EDS分析

 

从以上镍面SEM及EDS分析得出,IC异色处与正常IC位镍面晶体结构和P含量均无明显差异,说明造成IC露镍异色原因不是镍面晶体异常引起。

 

2.2.4通过鱼骨图对金面异色可能存在原因进行分析,如下图所示。

 

2.2.5原因筛选

(1)现场跟进发现同一时间、同一条件生产出来的板,有些板有异色,有些板无异色,因此可以排除人员、机器和环境方面的因素;

(2)现场跟进中还发现发生异色的板都发生在有BGA和IC的板上,并且异色板主要集中在杂色油墨上,因此将原因得点锁定在物料和方法上。

 

三、化学镍分解的原因分析:

1、还原剂含量过高(一般指次磷酸钠的含量);

2、装载量过大(是指单位时间内进行化学镍反应的产品表面积过大);

3、温度过高;

4、镀槽/过滤机边角位置或过滤机管道等平常难以清理的位置,沉积的化学镍层没有及时清理;

5、添加原料时方法不对或没溶解直接添加等。

 

四、如何控制化学镍药水不分解:

1、定期分析化学镍的各项成分,在保证产品不漏镀的情况下,尽量将药水的浓度控制在下限;

2、温度除自动控制设备控制外,要每半个小时测量一下温度,防止因设备故障或其他原因造成温度控制不当;

3、控制进货量及反应时间,避免装载量过大;

4、定期检查镀槽及过滤机的边角位置金属镍的沉积情况,一定要及时的清理,防止诱发化学镍自发反应;

5、采取正确的添加方法,将原材料先用纯水溶解好,再缓慢加入。

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