化学镍金生产中的问题探讨

张彦峰 代凤双 张刚强

（洛阳伟信电子科技有限公司，河南 洛阳 471000）

1 前言

化学镍金又叫无电镍浸金(ENIG)或化学沉金。它是通过钯的催化作用，在铜面还原沉积上化学镍层，然后再通过置换反应沉积上一层薄金的表面处理工艺。这种工艺具有平整度高、接触电阻低、耐磨性、散热性好等很多优点，使其兼可焊接、接触导通性与可散热等多种功能于一身，已在印制板行业得到了广泛应用。

我公司化学镍金生产线于2012年10月下旬投产试生产，至2013年4月初，半年时间内，由于没有生产经验，以及订单少，设备配置原因等很大因素，导致问题层出不穷，工艺一直不能稳定，给生产和工艺人员造成了很大的压力和困惑，尤其是产品质量和交期得不到保证，客户屡屡投诉，给公司带来了很大的负面影响。试生产期间，工艺人员始终跟产负责，做了大量的对比验证试验，最终使工艺控制、设备配置与生产管理等主要因素完美匹配，保证了化学镍金生产的正常进行，品质的稳定，赢得了客户的好评。

图1 化学镍金制程工艺流程

2 工艺简介

我公司化学镍金生产的工艺流程如图1所示，工艺参数如表1所示。

表1 化学镍金制程工艺参数

3 渗镀现象及改善措施

3.1 渗镀现象

在投产之初，出现过线条及表贴间，因渗镀导致的短路情况，显微镜下观察，如图2（a）所示，故障率为0.08%，造成了品质隐患。在确认蚀刻工序没有不良品转交至化学镍金工序的情况下，确定为化学镍金工序造成的渗镀。

图2

3.2 原因分析

发生渗镀的根源是沉镍反应时就发生渗镀，其原因主要有：

（1）活化温度过高，或时间过长，活化液浓度异常等；

（2）活化后水洗不良，或纯水质量不合格，导致板面及线条间残留有正常浓度的活化液，致使沉镍反应在此部位发生，导致渗镀。

3.3 改善措施

虽然渗镀故障比例很低，但仍反应出化学镍金制程存在的故障隐患。针对渗镀故障，主要从以下两个方面考虑，做了工艺改良：

（1）缩短活化时间和降低活化温度，将活化时间控制在3 min ～ 4 min，温度控制在28 ℃ ～ 32 ℃。在开启加温时，必须同时开启循环过滤，避免局部过热，造成活化液分解及槽体变形；

（2）增强活化后水洗，由两级纯水洗增加到三级纯水洗。活化后的水洗非常重要，是降低活化液夹带的重要措施之一；纯水的电导率应合格，并要适当开启鼓气，充分清洗基材及阻焊表面的活化液，避免活化液在此部位的残留，引起沉镍反应发生，造成渗镀，引起短路。

经过以上调整后，再也没有出现过渗镀现象，正常的显微照片如图2（b）中所示。

4 漏镀现象及改善措施

4.1 漏镀现象

漏镀是需要沉积镍金的印制板铜层表面没有沉积上镍金的现象。生产中出现的漏镀主要是一个Pad位漏镀，与其相连的Pad位也发生漏镀。表现为沉镍过程中，观察漏镀Pad位露铜或者镍层灰暗，无光泽。

4.2 原因分析

漏镀的成因在于镍缸活性不能满足Pad位的反应势能，导致沉镍化学反应中途停止，或者根本未沉积金属镍。

影响镍缸活性的主要因素有：温度、PH值、镍含量、还原剂含量等因素。温度在工艺范围内的情况下，化验镍含量和还原剂含量，发现发生漏镀情况时，镍含量和还原剂含量是标准值的50%～60%，pH值也低于工艺规定。

分析造成沉镍溶液含量低、pH值过低的原因。我公司的沉镍槽为不锈钢内壁，并带有电极保护装置。倒槽时发现，不锈钢内壁已均匀沉积上一层镍薄膜，鼓气和循环管壁上有很多的镍颗粒，由此可见，化学镍溶液在槽体的沉积，沉镍反应不能正常进行是发生漏镀故障的罪魁祸首。在对镍槽进行硝槽处理（20%～40%的硝酸浸泡6～8小时）后可除去。重新开缸生产后没有漏镀情况发生，但生产超过约40小时后，槽体便又沉积了一层镍薄膜，给正常生产带来了极大的危害和不便。

4.3 改善措施

考虑到我公司化学镍金板主要为单双面板，且为不连续生产，溶液的工作时间不固定，镍槽发生分解的频率很高，既造成了生产的不稳定，又造成了药水的浪费。所以，结合我公司的生产实际，将沉镍槽由原来的不锈钢槽材质改为耐高温PP材质。更换槽体后，槽体没有再出现沉积的镍薄膜和颗粒，保证了镍含量pH值等工艺条件的稳定，再未发生漏镀故障。

5 金层粗糙现象及改善措施

5.1 金层粗糙现象

我公司之前生产的双面化金板，经常出现金层粗糙，色泽不一致现象，如图3（a）、3（b）所示。此种成品板达不到客户的外观要求，造成了很高的报废率。

图3

5.2 原因分析

通过对比试验，发现只有经过电镀的双面板有发花现象，显微镜下观察，金层发花处，板面粗糙度大，但镍金层与铜基体结合力良好。对比沉镍金前后板面的粗糙度发现，板面的粗糙度差异在沉镍金之前就已经存在，在沉完镍金后被放大，由此就可确定，金层粗糙的是由于电镀铜层的粗糙引起的，只要改善镀铜层表面状态即可。

5.3 改善措施

经过对比试验，确定了电镀铜时光亮剂的控制失调，使得镀铜层的表面平整度、光亮度有差异，最终造成了沉金的表面差异。经过调整镀铜光亮剂的控制量后，明显改善了镀铜层的表面状态，最终沉镍金后，金层外观平整光亮，如图4（a）、4（b）所示，完全满足了客户的要求。

图4

6 结论

（1）通过对渗镀、漏镀故障的处理，使我们深刻认识到，化学镍金生产对工艺参数控制和设备匹配性的特殊要求，要比电镀铜锡严格的多，必须引起足够的重视，选择合适的设备配置和工艺参数。

（2）通过对金层发花故障的处理，我们对涉及化金产品的所有工序都进行了排查，对比试验，最终查找出故障的根源，改进了生产管理中的疏漏环节，使化金板生产流程更加完善。

（3）化学镍金技术在印制板领域的应用，在药水技术方面已很成熟，但作为一种无铅环保的表面处理手段，化学镍金生产的工艺范围都在一个较窄的控制范围，是一个对设备，工艺及管理要求极高的流程，只有严格的生产管控，才能保证稳定的品质，赢得客户的满意度。

[1]联宜鑫电子科技化学镍金工艺资料.

[2]林金堵, 龚永林. 现代印制电路基础[M]. p228-242.

[3]肖云顺.化学沉镍金工艺稳定性研究—化金工艺稳定性研究课题总结[J]. 印制电路信息, 2009,4:43-45, 52-55, 69.