PCB化学镍金及OSP工艺步骤和特性分析

PCB化学镍金及OSP工艺步骤和特性分析

本文主要对PCB表面处理工艺中两种最常用制程：化学镍金及OSP工艺步骤和特向进行分析。

　　1、化学镍金

　　1.1基本步骤

　　脱脂→水洗→中和→水洗→微蚀→水洗→预浸→钯活化→吹气搅拌水洗→无电镍→热水洗→ 无电金→回收水洗→后处理水洗→干燥

　　1.2无电镍

　　A. 一般无电镍分为"置换式"与"自我催化"式其配方极多，但不论何者仍以高温镀层质量较佳

　　B. 一般常用镍盐为氯化镍(Nickel Chloride)

　　C. 一般常用还原剂有次磷酸盐类(Hypophosphite)/甲醛(Formaldehyde)/联氨 (Hydrazine)/硼氩化合物(Borohydride)/硼氢化合物(Amine Borane)

　　D. 螯合剂以柠檬酸盐(Citrate)最常见。

　　E. 槽液酸碱度需调整控制，传统使用氨水(Amonia)，也有配方使用三乙醇氨(Triethanol Amine)，除可调整PH及比氨水在高温下稳定，同时具有与柠檬酸钠结合共为镍金属螯合剂，使镍可顺利有效地沉积于镀件上。

　　F. 选用次磷二氢钠除了可降低污染问题，其所含磷对镀层质量也有极大影率。

　　G. 此为化学镍槽其中一种配方。

　　配方特性分析：

　　a. PH值影响：PH低于8会有混浊现像发生，PH高于10会有分解发生，对磷含量及沉 积速率及磷含量并无明显影响。

　　b.温度影响：温度影响析出速率很大，低于70°C反应缓慢，高于95°C速率快而无法控制.90°C最佳。

　　c.组成浓度中柠檬酸钠含量高，螯合剂浓度提高，沉积速率随之下降，磷含量则随螯合 剂浓度增加而升高，三乙醇氨系统磷含量甚至可高到15.5%上下。

　　d.还原剂次磷酸二氢钠浓度增加沉积速率随之增加，但超过0.37M后槽液有分解现像， 因此其浓度不可过高，过高反而有害。磷含量则和还原剂间没有明确关系，因此一般 浓度控制在O.1M左右较洽当。

　　e.三乙醇氨浓度会影响镀层磷含量及沉积速率，其浓度增高磷含量降低沉积也变慢， 因此浓度保持约0.15M较佳。他除了可以调整酸碱度也可作金属螯合剂之用

　　f.由探讨得知柠檬酸钠浓度作通当调整可有效改变镀层磷含量

　　H. 一般还原剂大分为两类：

　　次磷酸二氢钠(NaH2PO2H2O，Sodium Hypophosphate)系列及硼氢化钠(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氢化钠价贵因此市面上多以次磷酸二氢钠为主 一般公认反应为：

　　[H2PO2]- H2OA H [HPO3]2- 2H(Cat) -----------(1)

　　Ni2 2H(Cat)a Ni 2H ----------------------------------(2)

　　[H2PO2]- H(Cat)a H2O OH- P----------------------(3)

　　[H2PO2]- H2Oa H [HPO3]2- H2------------------(4)

　　铜面多呈非活化性表面为使其产生负电性以达到"启镀"之目铜面采先长无电钯方式反应中有磷共析故，4-12%含磷量为常见。故镍量多时镀层失去弹性磁性，脆性光泽增加，有利防锈不利打线及焊接。

　　1.3无电金

　　A. 无电金分为"置换式镀金"与"无电金"前者就是所谓"浸镀金"(lmmersion Gold plating) 镀层薄且底面镀满即停止。后者接受还原剂供应电子故可使镀层继续增厚无电镍。

　　B. 还原反应示性式为：还原半反应：Au e- Au0 氧化半反应式: Reda Ox e- 全反应式:：Au Red aAu0 Ox.

　　C. 化学镀金配方除提供黄金来源错合物及促成还原还原剂，还必须并用螯合剂、安定剂、缓冲剂及膨润剂等才能发挥效用。

　　D. 部份研究报告显示化学金效率及质量改善，还原剂选用是关键，早期甲醛到近期硼氢化合物，其中以硼氢化钾最普遍效果也佳，若与他种还原剂并用效果更理想。代表反应式如后：

　　还原半反应：Au(CN)-2 e-a Au0 2CN-

　　氧化半反应式：BH4- H2O a BH3OH- H2

　　BH3OH- 30H- a BO2- 3/2H2 2H20 3e-

　　全反应式：BH3OH" 3AU(CN)z" 30H-， BOz吐 /2Hz 2H，0 3Auo　 6CN-

　　E. 镀层之沉积速率随氢氧化钾及还原剂浓度和槽温提高而提升，但随氰化钾浓度增加而降低。

　　F. 已商业化制程操作温度多为9O℃左右，对材料安定性是一大考验。

　　G. 细线路底材上若发生横向成长可能产生短路危险

　　H. 薄金易有疏孔易形成Galvanic Cell Corrosion K。薄金层疏孔问题可经由含磷后处理钝化方式解决。

　　1.4制程重点：

　　A. 碱性脱脂：

　　为防止钯沉积时向横向扩散，初期使用柠檬酸系清洁剂。后因绿漆有疏水性，且碱性清洁剂效果又较佳，同时为防止酸性清洁剂可能造成铜面钝化，故采磷酸盐系直炼非离子性清洁剂，以容易清洗为诉求。

　　B. 微蚀：

　　其目在去除氧化获得新鲜铜面，同时达到绝对粗度约0.5-1.0μm之铜面，使得镀镍金后仍能获得相当粗度，此结果有助打线时之拉力。配槽以SPS 150g/l加少量盐酸，以保持氯 离子约2OOppm 为原则，以提高蚀刻效率。

　　C. 铜面活化处理：

钯约3ppm，操作约40℃，一分钟，由于氯化钯对