浸金金厚不均探究

化学镀镍浸金金厚不均探究

胡光辉 ，李大树 ，黄奔字 ，蒙继龙

(1．华南理工大学机械工程学院，广东广州510640；

2．安捷利(番禺)电子实业有限公司，广东番禺511455)

[摘要] 分析了化学镀镍浸金过程中金层厚度不均的现象及其产生的原因。试验发现，面积

不同的铜面发生电气互联时容易造成金厚不均的现象，而无电气互联情况时，金厚均匀性比较好。导致金厚不均的原因有两种情况，一种是电势影响，二是双极性效应。

[关键词] 化学镀镍；浸金；双极性效应

[中图分类号]TQ153．1 [文献标识码]B [文章编号]1001—1560(2006)07—0064一O2

O 前言

印制电路板的表面处理方法分为化学镀镍浸金、电镀镍金、有机可焊性保护膜(OSP)、电镀铅锡、电镀纯锡、化学镀银、化学镀锡等等¨ j。这些表面涂镀覆层可以提供高度平整的连接盘表面，有利于表面安装器件的贴装和提高电气连接的可靠性。其中化学镀镍浸金工艺因具有可熔焊、搭接、接触导通以及协助散热等功能，在印制电路板行业大量使用。化学镀镍浸金具有可焊性好、焊垫平坦、保存时间长等优点，但也存在黑镍、镀层韧性不佳等不足，还存在浸金层厚度不均的问题。本工作对浸金层厚度不均的原因进行了深入探讨，以期找到适当的解决方案。

1 试验

化学镀镍浸金所使用的添加剂为日本澳野UPC系列产品。按照所提供的参数进行镀镍浸金，具体的流程如下：除油一水洗一热水洗一微蚀一水洗一中和一水洗一预浸一活化一水洗一酸洗一水洗一化学镀镍一水洗一浸金一金回收一水洗一热水洗。活化：Pd“45～55 mg／L，HCI 8O～120 mL／L，温度25℃ ，时间1～2 min。化学镀镍：Ni“4．6～5．2 g／L，NaH2PO2 2O～25 g／L，pH值4．5～5．0，温度8O℃ ，时间10 min。浸金：Au浓度1．2～2、0 g／L，金添加剂5％ ～10％，温度88 oC，pH值5．8，时间5～10 min。

试验中使用的试片分为两种：

(1)用覆铜箔制备一大一小两个铜面，导通时两铜面用一细导线连接，不导通时两铜面间的细导线断开。

(2)安捷利(番禺)电子实业有限公司的产品A和B。进行双电极效应试验时，使用两片314不锈钢片作正、负极，使用0～3O V、0～5 A的直流恒电位仪供外电流，控制恒电流0．20 A。试片经化学镀镍浸金后，使用FISCHERSCOPE x—RAY SYSTEM XDL系列x射线荧光测试仪。

2 结果与讨论

2．1 不同样品金厚不均分析

化学镀镍浸金的原理可概括如下：化学镀镍是利用钯等活性中心催化次亚磷酸钠氧化，而镍离子则通过次亚磷酸钠氧化产生的电子或氢原子还原成镍原子，此过程中也发生了磷的沉积，故得到镍磷合金镀层。而浸金过程主要利用置换反应，由金离子咬蚀镍磷镀层中的镍原子，而氧化镍还原金离子最后便生成了金镀层[5.6 ]。试验发现不同的产品经化学镀镍浸金后，总会出现不同部位金厚不均匀的现象，有些部位金层较薄，有些地方较厚(见表1)。

从表1可发现，虽然不同产品的金厚存在差别，但是具有明显的规律性，即当大、小铜面上存在电气连接时，大铜面上的金厚要小于小铜面上的金厚；当大、小铜面不存在电气连接时，大、小铜面上的金厚则比较相近。由于非同一试片，或者不同时间收集的数据都会导致大面积铜面上金厚出现差异，因此不比较大面积铜上金厚的差别；小铜面上也是如此。由于浸金是一种置换反应，在大、小铜面上金咬蚀镍的速率是相等的，但是在相同时间内大铜面上镍氧化放出的电子数比小铜面上的多，当大、小铜面存在电气连接时，大铜面充当释放电子的阳极，而小铜面充当得电子的阴极。因此，金离子在小铜面上的还原析出比大铜面容易，金层厚度更厚。

大、小铜面上金厚的差别也可以从电子电势高低的角度进行分析。当大、小铜面发生镍置换金时，金咬蚀镍的速度相同，所反映的电流密度大小相等，即J =Js，存在的电流为几·A >Js·As，相同时间内的电量：Q >Q ，因为Q=c·u，同一材料的电容相同，故电量大的铜面的电子电势更高，电子易从高电势往低电势迁移，造成小铜面上的电子密度高于大铜面的，从而金在小铜面上的置换反应速度更快。

2．2 双极性效应

化学镀镍浸金过程中金厚存在差别除了电势差原因外，双极性效应也是要考虑的因素。在化学镀镍过程中，槽壁通过小电流以氧化除去沉积在槽壁上的镍。在施镀过程中，此小电流的存在会使板的两面存在电荷分布的差异，靠近正极的表面荷负电荷，而靠近负极的表面荷正电荷 。选取两面

电气互连的产品B进行化学镀镍浸金，之后用x射线荧光测厚仪进行金厚和镍厚的测量，结果见表2。

试验结果表明，在双极性效应条件下，镀件反面的金、镍厚度均大于镀件正面的。镍厚的差别是因为在双极性效应作用下，镀件面向正极的一面带负电荷，有利于加速镍的沉积。而面向负极的一面则带正电荷，不利镍的沉积。金厚差别可能与镀层中磷含量相关。

2．3 金厚不均程度

为了便于比较，将上述表1、表2的数据整合分析，可以发现，当大、小铜箔不发生电气相连时，两者的平均值接近，金厚分布均匀；而大、小铜箔电气互连时，金厚相差l2．7％，大、小焊盘存在电气连接的产品A，金厚相差显著，高达28．7％；双极性效应产生的金厚差别也比较大，具有10．4％的偏差。导致产品A金厚差别最大的原因在于，它既存在电势差的影响，又有双极性效应的作用。而其他几种情况只受电势差影响或双极性效应影响，因此削弱其中任何一种均可改善金厚的分布。

3 结论

化学镀镍浸金过程中面积不同的铜面发生电气互连时容易造成金厚不均的现象，无电气互连时，

金厚均匀性比较好。导致金厚不均的原因主要有两种情况，一是大、小铜面之间存在的电势差影响，二是不锈钢槽壁通保护电流产生的双极性效应。

根据上述金厚不均的原因，提出了消除金厚不均的措施：(1)降低阳极保护电压，如由1．5 V降低至0．8 V，该措施可以削弱双极性效应；(2)对电气连接的大、小铜面可以用引工艺导线等方式改善，但涉及CAD设计、加工等程序，操作不便。故对消除电势差的影响还有待找出更好的解决方案。