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化学镍金工艺讲座化学镍金工艺讲座一﹑概述化学镍金又叫沉镍金﹐业界常称为无电镍金(Electroless Nickel Immersion Gold)又称为沉镍浸金。
PCB化学镍金是指在裸铜面上化学镀镍﹐然后化学浸金的一种可焊性表面涂覆工艺。
它既有良好的接触导通性﹐而且具有良好的装配焊接性能﹐同时它还可以同其它表面涂覆工艺配合使用。
随着日新月异的电子业的民展﹐化学镍金工艺所显出的作用越来越重要。
二﹑化学镍金工艺原理2.1 化学镍金催化原理2.1.1 催化作为化学镍金的沉积﹐必须在催化状态下﹐才能发生选择性沉积。
Ⅷ族元素及Au等许多金属都可以作为化学镍的催化晶体。
铜原子由于不具备化学镍沉积的催化晶种的特性﹐所以通过置换反应可使铜面沉积所需要的催化晶种。
2.1.2 钯活化剂PCB业界大都使用PdSO4或PdCl2作为化学镍前的活化剂在活化制程中﹐其化学反应如下﹕Pd2++Cu→Pd+Cu2+2.2 化学镍原理2.2.1 化学镍在钯(或其它催化晶体)的催化作用下﹐Ni2+被NaH2PO2还原沉积在裸铜表面。
当镍沉积覆盖钯催化晶体时﹐自催化反应将继续进行﹐直到达到所需要之镍层厚度。
2.2.2 化学反应在催化条件下﹐化学反应产生镍沉积的同时﹐不但伴随着P的析出﹐而且产生氢气的逸出。
主反应﹕Ni2＋+2H2PO2－+2H2O→Ni+2HPO32－+4H＋+H2↑副反应﹕4H2PO2－→2HPO32－-+2P+2 H2O+H22.2.3 反应机理H2PO2－+H2O→H＋+HPO32－+2HNi2＋+2H→Ni+2H＋H2PO2－+H→H2O+OH－+PH2PO2－+H2O→H＋+HPO32－+H2↑2.2.4 作用化学镍的厚度一般控制在3~5μm﹐其作用同金手指电镀镍一样﹐不但对铜面进行有效保护﹐防止铜的迁移﹐而且具备一定硬度和耐磨性能﹐同时拥有良好的平整度。
在镀件浸金保护后﹐不但可以取代拨插不频繁的金手指用途(如计算机内存条)﹐同时还可以避免金手指附近连接导电处斜边时所遗留裸铜切口。
1、前言在一个印制电路板的制造工艺流程中，产品最终之表面可焊性处理，对最终产品的装配和使用起着至关重要的作用。
综观当今国内外，针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式，主要包括以下几种：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/ 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）采用以来，迄今为止使用最为广泛的成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方式。
对一个装配者来说，也许最重要的是容易进行元器件的集成。
任何新印制电路板表面可焊性处理方式应当能担当N次插拔之重任。
除了集成容易之外，装配者对待处理印制电路板的表面平坦性也非常敏感。
与热风整平制程所加工焊垫之较恶劣平坦度有关的漏印数量，是改变此种表面可焊性涂覆处理方式的原因之一。
镀镍/金早在70年代就应用在印制板上。
电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co 、Au-Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。
但它需要“工艺导线”达到互连，受高密度印制板SMT安装限制。
90年代，由于化学镀镍/金技术的突破，加上印制板要求导线微细化、小孔径化等，而化学镀镍/金，它具有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好，且有一定耐磨等优点，特别适合打线（Wire Bonding）工艺的印制板，成为不可缺少的镀层。
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，是采用一种铜面有机保焊剂在印制板表面形成之涂层与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。
目前，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，且存在下道测试检验困难等缺点。
目前，随着环境保护意识的增强，印制板也朝着三无产品（无铅、无溴、无氯）的方向迈进，今后采用化学浸锡表面涂覆技术的厂家会越来越多，因其具有优良的多重焊接性、很高的表面平整度、较低的热应力、简易的制程、较好的操作安全性和较低的维护费。
1.概述化学镍金又叫沉镍金,业界常称为无电镍金(Elestrolss Nickel ImnersionGold又称为沉镍浸金。
PCB化学镍金是指在裸铜表面上化学镀镍,然后化学浸金的一种可焊性表面涂覆工艺,它既有良好的接触导通性,具有良好的装配焊接性能,同时它还可以同其他表面涂覆工艺配合使用,随着日新日异的电子业的发展,化学镍金工艺所显现的作用越来越重要。
2.化学镍金工艺原理2.1 化学镍金催化原理2.1.1催化作为化学镍金的沉积,必须在催化状态下,才能发生选择性沉积,VⅢ族元素以及Au等多金属都可以为化学镍金的催化晶体,铜原子由于不具备化学镍金沉积的催化晶种的特性,所以通过置换反应可使铜面沉积所需要的催化晶种;PCB业界大都使用PdSO4或PdCl2作为化学镍前的活化剂,在活化制程中,化学镍反应如下:Pd2++Cu Cu2++Pd 2.2化学镍原理2.2.1 在Pd(或其他催化晶体的催化作用下,Ni2+被NaH2PO2还原沉积在将铜表面,当Ni沉积覆盖Pd催化晶体时,自催化反应继续进行,直到所需的Ni层厚度2.2.2化学反应在催化条件下,化学反应产生的Ni沉积的同时,不但随着氢析出,而且产生H 2的溢出主反应:Ni2++2H2PO2-+2H2O Ni+2HPO32-+4H++H2副反应:4H2PO2- 2HPO32-+2P+2H2O+H22.2.3 反应机理H2PO2-+H2O H++HPO32-+2HNi2++2H Ni+2H2 H2PO2-+H H2O+OH-+PH 2PO2-+H2O H++HPO32-+H22.2.4作用化学镍的厚度一般控制在3-5um,其作用同金手指电镍一样不但对铜面进行有效保护,防止铜的迁移,而且备一定硬度和耐磨性能,同时拥有良好的平整度,在镀镍浸金保护后,不但可以取代拔插频繁的金手指用途(如电脑的内存条,同时还可避免金手指附近的导电处斜边时所遗留裸铜切口2.3 浸金原理2.3.1浸金是指在活性镍表面,通过化学置换反应沉积薄金化应式:2Au(CH2-+Ni 2Au+Ni2++4CN-2.3.2 作用浸金的厚度一般控制在0.03-0.1um,其对镍面有良好的保护作用,而且具备很好的接触导通性能,很多需按键接触的电子器械(如手机、电子字典都采用化学浸金来保护镍面3.化学Ni/Au的工艺流程3.1 工艺流程简介作为化学镍金流程,只要具备6个工作站就可满足生产要求3-7分钟 1-2分钟 0.5-4.5分钟 2-6分钟除油微蚀活化预浸沉Au沉Ni20-30分钟 7-11分钟3.2 工艺控制3.2.1除油缸一般情况下,PCB沉镍金采用酸性除油剂处理制板,其作用在于除掉铜面的轻度油脂及氧化物,达到清洁及增加湿润效果的目的,它应当具备不伤SOiderMask(绿油以及低泡型易水洗的特点。
化学镍金工艺中金剥落问题的探讨胡燕辉 柳良平 谢海山 张育猛（杭州方正速能科技有限公司，浙江 杭州 311100）摘 要 化学镍金工艺能够有效的保护导电和焊接表面而被广泛的应用于PCB行业。
然而，针对该工艺的品质保证绝非易事。
化学镍金工艺受药水等因素的影响，在品质上容易会出现甩金、渗镀等不良问题。
本文利用SEM、EDS分析手段对化学镍金工艺中的甩金问题进行了分析探讨。
结果发现：甩金处镍层被腐蚀而形成空洞，EDS分析发现镍层中含有铜元素。
这很有可能是金缸受到污染，镀液中存在一定含量的Cu 2+，镍层与Cu 2+发生自发的置换反应置换出铜而沉积在镍层上面，从而腐蚀镍层形成大量孔洞，使之与金层的结合力下降，导致化学镍金后甩金。
关键词 印制电路信息；化学镍金；甩金；表面处理中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2011）2-0033-02Study on gold-peeling of electroless nickel immersion goldHU Yan-hui LIU Liang-ping ZHANG Yu-meng XIE Hai-shanAbstract Electroless nickel/immersion gold (ENIG) technology is widely used in printed circuit board (PCB), providing a protective, conductive and solderable surface. However, it is not easy to control the quality assurance of the process. For ENIG the problem of gold peeling easily occurs in fl uenced by chemical medicine. Therefore, in this paper, the problem of gold peeling was studied by SEM and EDS. The results showed that Nickel has been corrupted, and emerged many pinholes. Cu element is found in nickel plating. This is most likely contaminated by chemical medicine in gold tank. When there is a certain content of Cu2+, Cu2+ and Ni will spontaneously occur displacement response, and deposit on top of Ni. The binding force of Ni and gold is signi fi cantly reduced, which occurred gold peeling.Key words PCB; ENIG; gold peeling; surface treatment在PCB 行业中，为了保证下游装配的可靠性和可操作性，通常需要对PCB 进行最终表面处理。
∙化学镍金工艺探讨∙化学镍金镀层集可焊接、可接触导通，可打线、可散热等功能于一身，是PCB板面单一处理却具有多用途的湿制程。
目前尚无其它的工艺可与之抗衡。
但该制程不好做已时日已久，问题常常出现且不易重工，问题的解决须从源头开始。
对此，本人将工作过程中遇到的品质问题同业界前辈探讨一下。
首先从化学镍金的反应机理入手。
一、化镍镍盐：以硫酸镍为主，也有氯化镍、乙酸镍还原剂：次磷酸二氢钠，NaH2PO2反应机理：说明：①次磷酸二氢钠的次磷酸根离子水解并氧化成磷酸根，同时放出两个活性氢原子吸附在铜底钯面上。
②镍离子在活化钯面上迅速还原镀出镍金属。
③小部分次磷酸根在催化氢的刺激下，产生磷原子并沉积在镍层中。
④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向外冒出。
∙二、化金当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：Ni→Ni2+2eAu(CN)2-+e→Au+2CN-由此可知，一个镍原子溶解可获得两个金原子的沉积，又因金层上有许多疏瓦，故表面虽已盖满了金层，但仍可让疏孔的镍面溶解而继续镀出金层，只是速度越来越慢而已。
其次，化学镍金各流程的管控。
一、前处理。
1．刷磨：使用高目数的尼龙刷（1000-1200目）对板面进行轻刷（刷磨电流2.0±0.2A）除去访垢和氧化物.在刷磨后接板时必须戴干净的手套避免接触成型线内的待镀区,以免后续做板出来后板面上有花斑。
2．去脂：去徐油脂及有机物，只能采用非离子型遥介面活性剂，仅具润湿效果而已，不能用太强的板子型活性剂，以防止防焊漆表面或基材上带有静电而上镍或损伤水性碱液显影的防焊漆而溶出碳份污染槽液。
3．微蚀：通常只咬铜30-40µm即可，如果发现有星点露铜现名象，很可能为湿膜制程之显影不洁或显影后水洗不净造成。
此时可适当延长微蚀时间以便除之。
4．酸洗：去除微蚀生成的铜盐。
化学镍金工艺原理化学镍金是一种将镍和金蒸发到同一个物质表面上的技术。
这种技术通常用于制造电子元器件和其他精密器件，因为镍和金具有良好的电学性能和较低的腐蚀率。
化学镍金工艺的原理是使用一种叫做热解的技术，将镍和金的氧化物转化为游离金属。
首先，将镍和金的氧化物混合在一起，然后在高温下加热，使氧化物解离出金属。
随后，将游离金属沉积在所需要的表面上，最后将表面冷却，使金属固化。
镍金合金具有良好的电学性能，因此广泛应用于电子元器件中。
例如，它常用于制造芯片上的金手指和连接器，以及用于制造电路板的金贴片。
此外，镍金合金还可用于制造医疗器械，因为它具有较低的腐蚀率和耐磨性。
尽管化学镍金工艺具有许多优点，但它也存在一些局限性。
例如，由于镍和金的氧化物需要在高温下加热才能解离出金属，因此无法在温度敏感的器件上使用。
另外，在化学镍金工艺中，还存在另一个潜在的问题是金属沉积不均匀。
这是因为在高温加热过程中，金属氧化物中的金原子会比镍原子更容易解离出来，导致镍金合金中镍的浓度较低。
因此，在制造镍金器件时，需要对镍金合金的组成进行严格控制，以确保合金的性能和稳定性。
总之，化学镍金是一种有效的技术，用于在电子元器件和其他精密器件上制造镍金层。
尽管存在一些局限性，但通过正确的操作和控制，可以使用化学镍金工艺制造出性能优良、稳定可靠的镍金器件。
除了化学镍金工艺，还有另一种称为电镀镍金的技术。
这种技术的原理是使用电流将镍和金的溶液中的金属离子转移到所需要的表面上，使金属沉积在表面上形成膜层。
与化学镍金工艺相比，电镀镍金具有一些明显的优势。
首先，它可以在低温下进行，因此适用于温度敏感的器件。
其次，电镀镍金可以得到更加均匀的金属沉积，因为可以通过调节电流的强度来控制金属离子的转移速率。
然而，电镀镍金也有一些局限性。
首先，它只能用于沉积较薄的金属膜层，因为随着膜层厚度的增加，金属离子的转移速率会减慢。
其次，电镀镍金过程中存在电阻焊接的风险，因此需要进行特殊的控制。
化学镍金工艺探讨惠州合正电子科技有限公司杨建
化学镍金镀层集可焊接、可接触导通，可打线、可散热等功能于一身，是PCB板面单一处理却具有多用途的湿制程。
目前尚无其它的工艺可与之抗衡。
但该制程不好做已时日已久，问题常常出现且不易重工，问题的解决须从源头开始。
对此，本人将工作过程中遇到的品质问题同业界前辈探讨一下。
首先从化学镍金的反应机理入手。
一、化镍
镍盐：以硫酸镍为主，也有氯化镍、乙酸镍
还原剂：次磷酸二氢钠，NaH2PO2
反应机理：
说明：①次磷酸二氢钠的次磷酸根离子水解并氧化成磷酸根，同时放出两个活性氢原子吸附在铜底钯面上。
②镍离子在活化钯面上迅速还原镀出镍金属。
③小部分次磷酸根在催化氢的刺激下，产生磷原子并沉积在镍层中。
④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向外冒出。
二、化金
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：
Ni→Ni2+2e
Au(CN)2-+e→Au+2CN-
由此可知，一个镍原子溶解可获得两个金原子的沉积，又因金层上有许多疏瓦，故表面虽已盖满了金层，但仍可让疏孔的镍面溶解而继续镀出金层，只是速度越来越慢而已。
其次，化学镍金各流程的管控。
一、前处理。
1．刷磨：使用高目数的尼龙刷（1000-1200目）对板面进行轻刷（刷磨电流2.0±0.2A）除去访垢和氧化物.在刷磨后接板时必须戴干净的手套避免接触成型线内的待镀区,以免后续做板出来后板面上有花斑。
2．去脂：去徐油脂及有机物，只能采用非离子型遥介面活性剂，仅具润湿效果而已，不能用太强的板子型活性剂，以防止防焊漆表面或基材上带有静电而上镍或损伤水性碱液显影的防焊漆而溶出碳份污染槽液。
3．微蚀：通常只咬铜30-40µm即可，如果发现有星点露铜现名象，很可能为湿膜制程之显影不洁或显影后水洗不净造成。
此时可适当延长微蚀时间以便除之。
4．酸洗：去除微蚀生成的铜盐。
5．预活化：采用氯化钯作为活化剂时，其预活化可以盐酸配槽，去除前面槽，去除前面槽液的污染，保护活化槽。
6．活化：用的活化剂为离子型的氯化钯（也有硫酸钯，硫酸钌等铂族贵金属）。
浓度最好控制在30ppm-60ppm。
有段时间，我司生产的某多层板总是有焊垫色差现象，且两面（S面、C面）总是对称出现，测量镍层只有30µm左右，而旁边焊垫镍层有120µm以上，且做其它料号很正常，此异常曾困扰生产许久，后经供应商分析是多层板的内外层存在电位差（此现象经微蚀后更
为突出）阻止镍的附着，后提高钯浓度至60ppm不良率大幅下降色差且不明显，可允收。
7．水洗：在各药水槽之间均须有强力搅拌和循环的纯水洗，避免使用而水洗造成板面污染。
二、化学镍槽的管理
组成及管控：槽液的配方一般为供应商的机密，主要成份有：镍盐，还原剂，和多种有机添加剂。
PH：（4.6-5.2）调整时可用柠檬本或铵水调整,注意:用铵水调整时须缓慢加入且少量多次进行。
温度:80℃以上，以保证镍槽反应的顺利进行。
磷含量：（6-8%）含量低，其抗蚀性，焊锡性都会变差，且镍层表面易钝化，含量高，会影响镍层的质量，增大镍层的内应力，使金镍之间的结合力变差。
Ni2+：（4.6-5.2g）含量低，影响沉积速率，含量高，槽液稳定性差，活性太强易板出。
有面添加剂：添加剂主要有络合剂（使Ni2+生成络合物，避免生成氢氧化物或亚磷酸盐沉淀）；加速剂，安定剂。
由于槽液中加有加速剂（多为乳酸），故槽液泛却停用后易发霉。
因此，在产量不大或长时间性不用时，每隔3-4天就升温做假镀（夏天尤为重要）。
以维持其品质及活性。
槽液析出：在配槽前须用50%的硝酸浸泡8小时发上，使槽壁生成钝化膜防止镍附着，生产时在槽四角的假镀杆要外加0.9V左右的直流电压，以抑制镍镀上槽壁，硝槽时，附属设备（过滤机、管道）也要硝化干净。
心可能的防止槽液析出。
槽液的活性需要十分的稳定，最好采用自动添加系统使槽液各项成份稳定。
这样槽液析出就会变慢。
寿命就会延长，但是为了保证焊锡性的可靠，其槽液寿命只能用4-5MTO就须换槽。
三、化学金槽的管理
成份：金盐为氰化亚金钾，含金量63.8%.PH:5.1-6.1
化学金采用电位置换反应的原理进行的.能在镍面上镀上1-3µm的金层,在开始反应的一两分钟内沉积速度很快,至后来只能透过金层的疏孔让镍溶出,而继续推动金层的沉积.因以镍的不断溶出,金槽内的镍含量不断增加,一旦超过0.5y/L以上时,不但外观不佳且附着力也不行.故金槽的寿命只能维持3-4MTO。
根据长时间的工作经验行出以下干规律，供同行参考。
换两次镍槽换一次活化槽。
换两次镍槽换一次活化槽
换两次活化槽换一次金槽
换两次金槽换一次脱脂槽
四、后处理：
PCB镀完金后要尽快清洗，最好是热水洗，以保证无水放印，满足客户的外观要求，同时心力避免在酸性环境下存放，避免金面发红，最好是垫纸转走。
最后，上游制程品质隐患的影响。
对化学镍金制程本身没有大的问题出现，主要是防焊白化，是点露铜。
而这两项都是湿膜制程品质隐患而引起。
1．焊自化。
防焊油墨的品质破坏是决定因素，但一般的油墨只要控制好工艺参数，也可将严重程度减至最小。
我司发前化金板用TARUM TT-9G油墨，该油墨品质十分过硬，在镍槽镀50mm都未见防焊白化。
但是改用太阳4000-GF5型油墨，防焊白化有20mil，做试验发现不印文字去做板，白化程度为15mil，判断是有了文字烤板的缘故，因此将湿膜后烤参数由150℃45min改为150℃40min；文字烤板参板由150℃20min（单面文字）改为140℃15min，做板后防焊白化只有8mil左右，可允收。
说明非化金板适用油墨在做板时，烤板的时间不宜过长，避
免油墨烘烤过度老化，化金时防焊老化。
2．星点露铜：这是最让人头痛的问题，产生的原因主要是湿膜显影及显影后的水洗烤板时的放板密度（方便有机溶剂、油烟散发）通风状况及烤箱内的清洁程度。
发现此种情况，严重的退洗，轻微的采取刷磨两次，延长微蚀时间解决，最有效的方法是从湿膜制程改善。
常见问题的原因及解决方法。
1．色差：
原因：
①镍槽被污染或使用寿命已到，槽液有机物累积过多。
②金槽内的镍离子过多
③活化槽钯浓度不足。
解决：
①换镍槽，杜决污染源。
②分析金槽镍含量，超过0.５g/L换槽。
③适当提高钯浓度。
2．镀层粗糙
原因：
①镍槽活性太强。
②过滤不够，板子振动频率幅度不够。
③前处理不良。
解决：
①适当降低温度、浓度和PH值。
②加强过滤，最好用5µm的滤芯边疆过滤。
同时加强板子的振动频率和幅度，便于赶走板面上附着的氢气。
③加强前处理，同时检查铜面是否粗糙，杜决来料不良。
3．露铜：
原因：
①反面沾异物
②湿膜显影不净和水洗不净
③钯附着力不够
④活化后水洗过长
⑤镍槽药水管控失衡。
解决：
①加重刷磨（追踪异物来源）
②湿膜制程检讨心改善
③控制去脂槽的Cu2+含量（小于7g/L）
④缩短水洗时间（15SEC）
⑤严格按比例添加，同时根据化验结果结果调整
4．金脱皮：
原因：
①镍层含磷星高
②镍层钝化
解决：
①用AA分析磷含量，适当降低还原剂添加幅度，若不行则换槽。
②避免镍层在空气中暴露时间过长。
5．镍、铜结合力差（镍/铜分层）
原因：
①铜面不洁
②前处理失效
解决：
①加强前处理
②分析前处理各槽药液中Cu+含量，如有超标既换之。
（去脂槽Cu2+<7g/L，微蚀槽Cu2+<15g/L。
酸洗槽Cu2+<0.3g/L）
结束语
化学镍金制程的品质控制不是一件容易的事，尤其是潜在的品质隐患（如：焊锡性）只有刮客户上我后才能发现，不过只要严格的按标准作业，问题发生的机率就会减少。
本人此次将该制程的一些经验写出来是为得到业界前辈的指导，提高自己的能力，如有不足之处请多指教。
