选化复合工艺在沉镍金加工中问题探讨

杨卫峰

（天津普林电路股份有限公司，天津 300250）

1 前言

在PCB生产中，表面涂饰复合工艺大体分为以下几种：沉镍金+选择镀金工艺，选择沉镍金+OSP工艺，选择沉镍金+HASL，选择镀镍金+ HASL等。选择性沉镍金称“选化板”，就是对产品焊盘进行局部沉镍金。在众多的复合工艺中，选择沉镍金+HASL工艺，既解决了因垂直喷锡造成焊盘吹不平整缺点，又能继承了HASL可焊性的优点；其次，在保存周期上，又优于其它的复合工艺。在目前IC 的集成度越来越高，IC脚也越多越密形式发展下，此种工艺凭借于其优越的性价比，越来越受到客户的青睐。

但是，此种工艺在加工的制程中给生产带来了很大的不便，在这里主要结合我公司在沉镍金制程加工中出现的问题进行讨论。

1 选化板生产流程介绍

下料+………沉铜+全板镀铜+……。丝印印湿膜+……图形转移贴膜+对板+曝光+显影+选择沉镍金+去膜+……。

2 问题描述

选化板生产流程：下料+……沉铜+全板镀铜+……丝印印湿膜+……图形转移贴膜+曝光+显影+选择沉镍金+ 去膜+……。

问题一：选择沉镍金产品在沉镍金的制成中出现板边“无镍层沉积”或“镍厚度薄”（图1），此种情况直接影响到金槽寿命以及产品质量。

问题二：金盘面“凹坑”现象（图2）。

3 问题分析及改善

图1 跳镀

图2 凹坑

3.1 问题一：板边“无镍层”或产品“镍薄”

对板边“无镍层”或是产品“镍薄”此种现象原因主要有以下几点

原因一：镍槽药水比例失调。沉镍反应属于表面自我还原反应，主要包括镍离子、次磷酸氢钠、OH-离子，有机添加剂、络合剂、加速剂、稳定剂等。镍药水提供电子，产品吸收电子，若是槽液中稳定剂含量过高，导致药水的选择性增加，不容易提供电子，导致还原反应无法进行，使得出现“跳镀”。还原剂含量过高使得槽液进行自我反应，使得产品出现“跳镀”

措施：验证镍槽内NPR-D剂在镍槽的含量。

验证条件：每隔20 min进行取样分析，开缸标准为3 ml/L，时间段：2 h（更换碳芯间隔），以更换碳芯后添加500 mlNPR-D循环5 min开始取样。 从分析的数据可以看出，经过2 h生产后，镍槽药液NPR-D含量为3.4183 ml/L，消耗大约为1.0 ml/L，总共消耗400 mlNPR-D

结论：目前线体生产条件，每2 h添加NPRD500 ml，因此，药槽中的NPR-D含量不会影响药液的稳定。

原因二：活化效果不良。产品在镍槽的反应分为两步：第一步，镍离子在钯层进行还原反应；第二步：镍离子覆盖钯层之后，镍作为表面催化剂进行还原反应。因此，若是铜面活化钯不良，将直接影响镍层的沉积，可能出现“镍薄”，“跳镀”

措施：（1）提高活化槽温度：由原来的28 ℃控制提高到30 ℃；（2）将活化液浓度提高至工艺上限；提高活化时间。通过跟踪，在生产过程中（镍槽1.5MTO左右出现板边“无镍现象”）；（3）通过分析，对沉镍金制程流程进行更改，原来制程：……+活化+酸洗+水洗+水洗+沉镍+……；

更改后制程：……+活化+水洗+水洗+沉镍+……。

此次流程更改，将活化后酸洗取消，目的是增强铜面钯的活性，能够与镍最初进行迅速反应。跟踪镍槽每个周期（0、0.5MTO、1.0MTO、1.5MTO、2.0MTO、2.5MTO、3.0MTO、3.5MTO ，在此过程中，一直生产选化板），在2.5MTO～3.0MTO时，出现板边“无镍”现象。但是相比之下，此种流程有效的改善了选化板加工。

结论：通过更改沉金流程能够有效的改善选化板加工，降低缺陷产生。

原因三：镍槽有机污染，使得活性降低。

镍槽中含有有机物的源头为干膜，此干膜的溶出直接影响沉镍金产品的质量，对此进行验证。

措施：（1）验证干膜对药液的影响，验证镍槽不同周期、在干膜溶出量的增加药液内有机物含量的变化以及表面金、镍厚度的变化（如图3、图4）。

图3 干膜溶出量与金层厚度

图4 干膜溶出量与镍层厚度

结论：随着镍槽寿命的增长，干膜的溶出逐渐增强，镍的沉积速率越来越低。因此，影响镍槽活性主要为干膜溶出。

根据以上的分析结果，干膜对药液的影响相当严重，因此，根据流程，重新对二次图转干膜进行设计如图5。

图5 干膜图形设计改进

（2）对目前碳芯进行验证

对有机物的去除主要使用碳芯定时过滤，碳芯的过滤效果直接影响药液的稳定性。对现场的过滤芯进行验证。经过循环过滤后，过滤芯黑色胶片已经脱落或是完全掉落，此种现象直接影响其吸附效果，其次，粘结胶对药液的影响相当大。对于这种现象，通知材料供应商进行改善。

结论：经过改善之后，没有出现板边“跳镀”或“无镍”现象，镍槽状态正常，产品厚度能够合格。

问题一小结：通过以上的验证及改善，产品板边“跳镀”主要是由于槽内有机物含量过高，影响镍槽活性。板面干膜覆盖量大，造成药液中有机物含量增加。其次，从碳芯状态看来，过滤芯不能有效地吸附槽内干膜的溶出造成。根据以上现象，通过改善产品设计、沉金制程，供应商对碳过滤芯进行改善，此种缺陷已经消除。

3.2 问题二：金盘面“凹坑”

金盘表面出现凹坑，均匀的分布在焊盘表面，经过对缺陷的切片分析，凹坑部位的镍层厚度为2.47 μm，正常镍槽厚度在5 μm ～ 7 μm，相差3 μm ～ 4 μm；且状态如球形。因此，对以下状态进行排查。

（1）线体所有的震荡、循环进行检查，微蚀/酸洗、镍槽循环及震荡均合格。

（2）镍槽内异物引起（炭粉泄露）检查过滤机过滤状况，生产选择沉镍金产品，按照工艺规定，每隔2 h进行对碳芯更换1次（目的：有效的去除因干膜影响产生的有机物）。检查结果发现黑色胶皮几乎脱离，此种情况很可能会造成炭粉的脱落。因此，再对药水进行棉芯过滤，棉芯上有黑色物质，利用SEM/EDX分析棉芯附着的“黑色”物质成分为碳。如图6可看出，炭粉与镍产生了共沉积，在金盘边缘与表面都出现不同缺陷状态。

图6 镍槽内炭粉影响

引起金表观缺陷的主要为碳芯的炭粉泄露造成，因此要求材料供应商进行改善。改善后的碳芯进行对药液循环过滤后，再用棉芯进行对药液2小时过滤已无炭粉泄露。

问题二小结：通过分析确认，“金盘凹坑”产生是由于炭粉泄露造成。

4 结论

（1）造成板边“无镍层”或产品“镍厚度薄”主要是由于药液被干膜（有机物）溶出，镍槽药液受到污染；其次，碳芯不能有效地去除药液中的有机物，影响了镍槽的稳定性。

（2）造成“金盘面凹坑”是由于碳芯炭粉泄露在镍槽药液中所导致。

影响缺陷产生的因素是多方面的，但是只要我们做到“清洁”生产，产品质量才能得到保证，工艺才能够稳定。