板面化学镀镍金与插头镀金印制电路板的镍腐蚀探讨
2019-07-25寻瑞平陈勇武李显流刘红刚
寻瑞平 戴 勇 陈勇武 李显流 刘红刚
(江门崇达电路技术有限公司,广东 江门 529000)
0 前言
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。目前,常用的表面处理方式有化学镍金(ENIG)、电镀镍金、热风整平(HASL)、抗氧化(OSP)、化学镀银、化学镀锡等[1]。化学镍金具有突出的接触导通性、可焊性以及良好的平整度,同时还可以同其它表面处理工艺配合使用,是一种非常重要、应用十分广泛的表面处理工艺[2]。电镀镍金常用于印制插头,是指在PCB的印制插头的铜面上先镀上一层镍,再镀上一定厚度的金的表面处理方法,其目的是提高耐磨性(插拔时),减低接触电阻,防止插头表面氧化和提高连接可靠性[3]。印制插头PCB根据设计结构一般可以通过电镀印制插头、“化学镍金+电厚金”或者“电镍金(薄金)+电厚金”来制作[4]。
“印制插头+化学镍金”PCB此类复合表面处理电路板常用于内存、硬盘、各种板卡等电路板产品的制作中,应用领域广泛,需求量大。由于“印制插头+化学镍金”集合了两种表面处理方式,工艺流程复杂,且受设备、环境以及人员等因素的影响,此类PCB产品极易出现一些不良品质问题,如常见的金剥离(甩金)[5]。本文结合生产实例,通过设计系列实验,对造成此PCB产品甩金问题的原因进行了探讨,希望能给业界同行在处理类似工艺问题时提供一定的参考。
1 实验部分
1.1 问题描述
近期接客户多次投诉,我司生产的“印制插头+化学镍金”板在使用过程中出现甩金掉件不良问题,并多次拒收我司此类生产板,严重影响公司声誉,同时造成人力、生产成本的极大浪费,现特对此次“印制插头+化学镍金”板甩金问题进行专项研究跟进。
取典型问题板对化学镍金面以及印制插头面(化学镍金+电镀厚金)进行SEM(扫描式电子显微镜)分析。可以看到化学镍金位置镍面有细麻点腐蚀,印制插头位置镍面有线型腐蚀,说明不良板有受到镍腐蚀而导致的问题。
图1 问题板镍面SEM分析
1.2 实验方案
为找到导致我公司“印制插头+化学镍金”板此次出现镍腐蚀以致甩金问题,并预防此问题再次发生,依据生产情况,制定如下跟进实验:
(1)化学镍金后处理线影响排查测试对比;
(2)电镀印制插头线影响排查测试对比;
(3)成型后清洗线影响排查测试对比;
(4)“化学镍金后处理+成型后清洗线”综合影响排查测试对比。
2 结果与讨论
2.1 化学镍金后处理线影响排查测试对比
取测试板按不同金厚进行正常化学镍金,正常速度过化学镍金后处理线进行清洗,草酸浓度按控制范围最大值7%测试,再进行镍面SEM分析对比。实验参数与结果(见表1)。
以草酸控制范围最大值7%测试,正常速度过沉金后处理清洗后,对金厚0.025 μm~0.05 μm不同金厚的测试板镍面分别进行SEM分析,均未发现腐蚀问题,说明在现要求的草酸控制范围内不会发生镍腐蚀问题(见表1)。
2.2 电镀印制插头线影响排查测试对比
取测试板分两种不同金厚进行正常化学镍金(镍厚4 μm、最小金厚0.025 μm和常规0.05 μm),贴蓝胶开窗作业后,分别关闭和开启微蚀喷淋,然后走电印制插头线镀金(印制插头部位通过电镀印制插头线,只镀金不镀镍,增加镀金厚度),进行镍面SEM分析对比。实验参数(见表2)。
实验结果显示,关闭微蚀喷淋走电镀印制插头线,最小金厚0.025 μm及常规金厚0.05 μm板镍面SEM均未出现镍腐蚀现象(如图2)。而开启微蚀喷淋流程,最小金厚0.025 μm板镍面SEM有严重线型腐蚀,常规金厚0.05 μm板镍面SEM有轻微线型腐蚀(如图3)。
表1 化学镍金后处理线影响测试
表2 电镀印制插头线影响测试参数
图2 金厚0.025 μm样品与SEM(关闭微蚀喷淋)
图3 金厚0.025 μm(左)与0.050 μm(右)SEM(开启微蚀喷淋)
2.3 成品清洗线影响排查测试对比
取测试板分两种不同金厚进行正常化学镍金(镍厚4 μm、最小金厚0.025 μm和常规0.05 μm),采用不同硫酸浓度进行模拟成品清洗测试,然后进行镍面SEM分析对比。实验参数与SEM分析结果(见表6)。结果显示,金厚0.025 μm及常规金厚0.05 μm板在硫酸浓度2%、4%镍面正常,在硫酸浓度8%清洗后镍面SEM有腐蚀(如图4)。
图4 金厚0.025 μm样品与SEM(成型清洗线8%硫酸)
从试验结果分析,为保证最小金厚0.025 μm板不被腐蚀,成品清洗硫酸浓度需控制在4%以下,并需进一步测试验证(见表3)。
为进一步验证4%硫酸浓度不会腐蚀镍面,取测试板控制不同金厚进行正常化学镍金(镍厚4 μm,金厚0.030 μm、0.035 μm、0.040 μm、0.045 μm),在化验室配槽采用4%硫酸浓度进行模拟成品清洗测试,然后进行镍面SEM分析对比。实验参数见表4。实验结果表明,成品清洗线硫酸浓度4%对0.025~0.05 μm金厚无腐蚀作用(如图5)。
2.4 “化学镍金后处理+成品清洗线”综合影响排查测试对比
取测试板按不同金厚进行正常化学镍金,后处理采用不同草酸浓度、成品清洗线采用不同硫酸浓度在化验室配槽进行模拟综合测试,然后进行镍面SEM分析对比。实验参数与SEM分析结果见表5。
表3 成品清洗线不同硫酸浓度测试
表4 成品清洗线硫酸浓度4%控制不同金厚测试
图5 硫酸浓度4%浸泡处理的金厚0.030 μm测试板与SEM
表5 “化学镍金后处理+成品清洗线”综合影响排查实验
结果显示,通过SEM测试分析,过化学镍金后处理草酸浓度7%+成品清洗硫酸浓度4%的清洗后,金厚0.025 μm、0.03 μm有轻微点状腐蚀,其它都镍面无腐蚀作用。
3 结论
(1)从问题板的SEM分析可知,化学镍金位置镍面SEM有细麻点腐蚀,印制插头面(化学镍金+电厚金)位置镍面SEM有线型腐蚀,说明不良板有受到镍腐蚀而导致的问题;
(2)基于跟进实验结果,为预防出现甩金(金剥离)现象,对于“化学镍金+电镀厚金”印制插头板,化学镍金金厚建议控制在0.05 μm以上;严格控制电镀印制插头线制程作业,必须关闭微蚀段,并参照行业标准把微蚀槽拉出生产;化学镍金后处理草酸洗浓度以及成品清洗线硫酸浓度控制在2%~4%。