化学镍金镀层是一种多功能的湿制程，集合了可焊接、可接触导通、可打线以及可散热等功能于一身。它被广泛应用在PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）的制造中，为电子产品的性能和可靠性提供了关键支持。然而，尽管化学镍金工艺的重要性，但在实际应用中，常常会出现各种质量问题。本文将探讨常见的化学镍金工艺问题以及相应的解决方法。
目录
- 色差问题
- 原因分析
- 解决方法
- 镀层粗糙
- 原因分析
- 解决方法
- 露铜
- 原因分析
- 解决方法
- 金脱皮
- 原因分析
- 解决方法
- 镍、铜结合力差
- 原因分析
- 解决方法
- 化学金与化学镍的反应机理
- 化金的过程
- 化镍的过程
- 化学镍金工艺的管控
- 前处理
- 化学镍槽管理
- 化学金槽管理
- 后处理
色差问题
原因分析
- 镍槽被污染或使用寿命已到，槽液中有机物累积过多。
- 金槽内的镍离子过多。
- 活化槽中钯浓度不足。
解决方法
- 更换镍槽，杜绝污染源。
- 分析金槽中镍的含量，若超过0.5g/L，及时更换槽液。
- 适当提高钯浓度。
镀层粗糙
原因分析
- 镍槽活性太强。
- 过滤不够，板子振动频率幅度不够。
- 前处理不良。
解决方法
- 适当降低温度、浓度和pH值。
- 加强过滤，最好使用5μm的滤芯进行边缘过滤。同时加强板子的振动频率和幅度，以排除板面上的氢气。
- 加强前处理，同时检查铜面是否粗糙，杜绝来料不良。
露铜
原因分析
- 反面沾有异物。
- 湿膜显影不净和水洗不净。
- 钯附着力不足。
- 活化后水洗时间过长。
- 镍槽药水管控失衡。
解决方法
- 加重刷磨，追踪异物来源。
- 对湿膜制程进行检讨和改善。
- 控制去脂槽中Cu2+的含量（小于7g/L）。
- 缩短水洗时间（15秒）。
- 严格按比例添加化学品，根据化验结果调整。
金脱皮
原因分析
- 镍层中磷含量过高。
- 镍层钝化。
解决方法
- 使用AA分析磷含量，适当降低还原剂的添加量，若不行则更换槽液。
- 避免将镍层在空气中暴露时间过长。
镍、铜结合力差（镍/铜分层）
原因分析
- 铜面不洁。
- 前处理失效。
解决方法
- 加强前处理。
- 分析前处理各槽液中Cu+的含量，如有超标即更换。
化学金与化学镍的反应机理
化金的过程
当PCB板面上的镍层放入金槽中，镍层会受到槽液的攻击，溶出镍离子。这些溶解的镍离子会被金氰离子捕获，并在镍面上沉积出金层。
反应机理：
- Ni → Ni2+ + 2e
- Au(CN)2- + e → Au + 2CN-
一个镍原子的溶解可以导致两个金原子的沉积。金层上有许多疏孔，因此尽管表面覆盖了金层，但仍会使镍面的疏孔继续溶解并继续沉积金层，只是速度逐渐减慢。
化镍的过程
镍盐： 主要成分是硫酸镍，也有氯化镍和乙酸镍。 还原剂： 次磷酸二氢钠（NaH2PO2）。
反应机理：
- 次磷酸二氢钠的次磷酸根离子水解并氧化成磷酸根，同时释放出两个活性氢原子，吸附在铜底钯面上。
- 镍离子在活化钯面上迅速还原并沉积成镍金属。
- 一部分次磷酸根在催化氢的作用下产生磷原子并沉积在镍层中。
- 部分次磷酸根在催化环境下自己也会氧化并生成氢气从镍面上排出。
化学镍金各流程的管控
前处理
- 刷磨： 使用高目数的尼龙刷（1000-1200目）对板面进行轻刷，除去污垢和氧化物。在刷磨后，必须戴干净的手套接触板子，以避免后续制程中板面上出现斑点。
- 去脂： 去除油脂和有机物，只能使用非离子型界面活性剂，仅具润湿效果，不能使用过于强烈的界面活性剂，以免防焊漆表面或基材上带有静电，导致镍溶出和槽液污染。
- 微蚀： 通常只需微蚀铜30-40μm，如果出现星点露铜的情况，可能是湿膜制程的显影不干净或显影后水洗不充分所致。在这种情况下，可以适当延长微蚀时间以消除问题。
- 酸洗： 用于去除微蚀产生的铜盐。
- 预活化： 使用氯化钯作为活化剂时，可以进行盐酸预活化，以去除前面槽液的污染物，保护活化槽。
- 活化： 使用离子型的氯化钯（也有硫酸钯、硫酸钌等贵金属）作为活化剂，浓度最好控制在30ppm-60ppm。
化学镍槽管理
槽液组成及管控
槽液的配方一般为供应商的机密，主要成分包括镍盐、还原剂和多种有机添加剂。管控涉及以下参数：
- pH值： 一般在4.6-5.2之间，可使用柠檬酸或铵水进行调整，但要注意缓慢添加且分次进行。
- 温度： 80℃以上，以确保槽液反应顺利进行。
- 磷含量： 一般为6-8%，含量过低会影响抗蚀性和焊锡性，含量过高则会影响镍层质量。
- Ni2+含量： 一般为4.6-5.2g，含量过低会影响沉积速率，过高会导致槽液不稳定。
- 添加剂： 包括络合剂、加速剂和稳定剂。要注意定期升温进行假镀以维持槽液质量和活性。
化学金槽管理
槽液组成及管控
金槽的主要成分是氰化亚金钾，含金量约为63.8%。管控要点包括：
- pH值： 保持在5.1-6.1之间。
- 反应机理： 金的沉积是通过电位置换反应进行的。在反应初期，沉积速度较快，随着时间的推移，金层仅能通过疏孔溶解的方式继续沉积。
后处理
完成化学镍金工艺后，PCB需要尽快进行清洗，最好使用热水洗涤，以确保没有残留的水分。此外，应避免将镀有金的PCB在酸性环境下存放，以防止金层氧化。最好是用纸垫隔开，以保持金面的完整性。
影响化学镍金制程的上游制程品质隐患
化学镍金制程本身可能没有大问题，但常常会受到上游制程品质的影响，特别是防焊白化和星点露铜问题。这些问题通常源于湿膜制程的品质隐患。
- 焊自化： 防焊油墨的品质是决定因素，但只要控制好工艺参数，严重程度可以降至最低。选择合适的油墨非常关键。
- 星点露铜： 这是一个令人头痛的问题，产生的原因主要是湿膜显影以及显影后的水洗和烤板过程。要改善这个问题，需要从湿膜制程入手。
结束语
化学镍金制程的品质控制是一个具有挑战性的任务，尤其是潜在的品质问题往往只有在客户上线后才会显现。然而，只要严格按照标准操作，问题发生的几率会大大降低。作者希望通过分享自己的经验，能够得到同行业的指导和帮助。
在化学镍金工艺中，管控各个步骤和参数至关重要，只有确保每个环节的质量和稳定性，才能最终获得高质量的镍金镀层，具备可焊接、可接触导通、可打线、可散热等多功能特性，使其成为PCB板面处理的首选工艺。
延伸阅读：化学镍钯金工艺指南 · 印刷电路板湿度问题的解析和解决方法
