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    PCB電鍍鎳工藝介紹及故障原因與排除

    發(fā)布時(shí)間:2021-04-16

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    1、作用與特性

    PCB(是英文Printed Circuie Board印制線路板的簡(jiǎn)稱)上用鍍鎳來(lái)作為貴金屬和賤金屬的襯底鍍層,對(duì)某些單面印制板,也常用作面層。對(duì)于重負(fù)荷磨損的一些表面,如開關(guān)觸點(diǎn)、觸片或插頭金,用鎳來(lái)作為金的襯底鍍層,可提高耐磨性。當(dāng)用來(lái)作為阻擋層時(shí),鎳能有效地防止銅和其它金屬之間的擴(kuò)散。啞鎳/金組合鍍層常常用來(lái)作為抗蝕刻的金屬鍍層,而且能適應(yīng)熱壓焊與釬焊的要求,唯讀只有鎳能夠作為含氨類蝕刻劑的抗蝕鍍層,而不需熱壓焊又要求鍍層光亮的PCB,通常采用光鎳/金鍍層。鎳鍍層厚度一般不低于2.5微米,通常采用4-5微米。

    PCB低應(yīng)力鎳的淀積層,通常是用改性型的瓦特鎳鍍液和具有降低應(yīng)力作用的添加劑的一些氨基磺酸鎳鍍液來(lái)鍍制。

    我們常說(shuō)的PCB鍍鎳有光鎳和啞鎳(也稱低應(yīng)力鎳或半光亮鎳),通常要求鍍層均勻細(xì)致,孔隙率低,應(yīng)力低,延展性好的特點(diǎn)。

    2、氨基磺酸鎳(氨鎳)

    氨基磺酸鎳寬泛用來(lái)作為金屬化孔電鍍和印制插頭接觸片上的襯底鍍層。所獲得的淀積層的內(nèi)應(yīng)力低、硬度高,且具有極為優(yōu)越的延展性。將一種去應(yīng)力劑加入鍍液中,所得到的鍍層將稍有一點(diǎn)應(yīng)力。有多種不同配方的氨基磺酸鹽鍍液,典型的氨基磺酸鎳鍍液配方如下表。由于鍍層的應(yīng)力低,所以獲得寬泛的應(yīng)用,但氨基磺酸鎳穩(wěn)定性差,其成本相對(duì)高。

    3、改性的瓦特鎳(硫鎳)

    改性瓦特鎳配方,采用硫酸鎳,連同加入溴化鎳或氯化鎳。由于內(nèi)應(yīng)力的原因,所以大都選用溴化鎳。它可以生產(chǎn)出一個(gè)半光亮的、稍有一點(diǎn)內(nèi)應(yīng)力、延展性好的鍍層;并且這種鍍層為隨后的電鍍很容易活化,成本相對(duì)底。

    4、鍍液各組分的作用:

    主鹽──氨基磺酸鎳與硫酸鎳為鎳液中的主鹽,鎳鹽主要是提供鍍鎳所需的鎳金屬離子并兼起著導(dǎo)電鹽的作用。鍍鎳液的濃度隨供應(yīng)廠商不同而稍有不同,鎳鹽允許含量的變化較大。鎳鹽含量高,可以使用較高的陰極電流密度,沉積速度快 ,常用作高速鍍厚鎳。但是濃度過(guò)高將降低陰極極化,分散能力差,而且鍍液的帶出損失大。鎳鹽含量低沉積速度低,但是分散能力很好,能獲得結(jié)晶細(xì)致光亮鍍層。

    緩沖劑──硼酸用來(lái)作為緩沖劑 ,使鍍鎳液的PH值維持在一定的范圍內(nèi)。實(shí)踐證明,當(dāng)鍍鎳液的PH值過(guò)低,將使陰極電流效率下降;而PH值過(guò)高時(shí),由于H2的不斷析出 ,使緊靠陰極表面附近液層的PH值迅速升高,導(dǎo)致Ni(OH)2膠體的生成,而Ni(OH)2在鍍層中的夾雜,使鍍層脆性增加,同時(shí) Ni(OH)2膠體在電極表面的吸附,還會(huì)造成氫氣泡在電極表面的滯留,使鍍層孔隙率增加。硼酸不僅有PH緩沖作用,而且他可提高陰極極化,從而改善鍍液性能,減少在高電流密度下的“燒焦“現(xiàn)象。硼酸的存在還有利于改善鍍層的機(jī)械性能。

    陽(yáng)極活化劑──除硫酸鹽型鍍鎳液使用不溶性陽(yáng)極外,其它類型的鍍鎳工藝均采用可溶性陽(yáng)極。而鎳陽(yáng)極在通電過(guò)程中極易鈍化,為了保證陽(yáng)極的正常溶解,在鍍液中加入一定量的陽(yáng)極活化劑。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),CI—氯離子是比較好的鎳陽(yáng)極活化劑。在含有氯化鎳的鍍鎳液中,氯化鎳除了作為主鹽和導(dǎo)電鹽外,還起到了陽(yáng)極活化劑的作用。在不含氯化鎳或其含量較低的電鍍鎳液中,需根據(jù)實(shí)際性況添加一定量的氯化鈉。 溴化鎳或氯化鎳還常用來(lái)作去應(yīng)力劑用來(lái)保持鍍層的內(nèi)應(yīng)力,并賦與鍍層具有半光亮的外觀。

    添加劑——添加劑的主要成份是應(yīng)力消除劑,應(yīng)力消除劑的加入,改善了鍍液的陰極極化,降低了鍍層的內(nèi)應(yīng)力,隨著應(yīng)力消除劑濃度的變化,可以使鍍層內(nèi)應(yīng)力由張應(yīng)力改變?yōu)閴簯?yīng)力。常用的添加劑有:萘磺酸、對(duì)甲苯磺酰胺、糖精等。與沒有去應(yīng)力劑的鎳鍍層相比,鍍液中加入去應(yīng)力劑將會(huì)獲得均勻細(xì)致并具有半光亮的鍍層。通常去應(yīng)力劑是按安培一小時(shí)來(lái)添加的(現(xiàn)通用組合添加劑包括防劑等)。

    潤(rùn)濕劑——在電鍍過(guò)程中,陰極上析出氫氣是不可避免的,氫氣的析出不僅降低了陰極電流效率,而且由于氫氣泡在電極表面上的滯留,還將使鍍層出現(xiàn)。鍍鎳層的孔隙率是比較高的,為了減少或防止的產(chǎn)生,應(yīng)當(dāng)向鍍液中加入少量的潤(rùn)濕劑,如十二烷基硫酸鈉、二乙基已基硫酸鈉、正辛基硫酸鈉等,它是一種陰離子型的表面活性物質(zhì),能吸附在陰極表面上,使電極與溶液間的界面張力降低,氫氣泡在電極上的潤(rùn)濕接觸角減小,從而使氣泡容易離開電極表面,防止或減輕了鍍層的產(chǎn)生。

    5、鍍液的維護(hù)

    a)溫度——不同的鎳工藝,所采用的鍍液溫度也不同。溫度的變化對(duì)鍍鎳過(guò)程的影響比較復(fù)雜。在溫度較高的鍍鎳液中,獲得的鎳鍍層內(nèi)應(yīng)力低 ,延展性好,溫度加致50度C時(shí)鍍層的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到穩(wěn)定。一般操作溫度維持在55--60度C。如果溫度過(guò)高,將會(huì)發(fā)生鎳鹽水解,生成的氫氧化鎳膠體使膠體氫氣泡滯留,造成鍍層出現(xiàn),同時(shí)還會(huì)降低陰極極化。所以工作溫度是很嚴(yán)格的 ,應(yīng)該控制在規(guī)定的范圍之內(nèi),在實(shí)際工作中是根據(jù)供應(yīng)商提供的溫控值 ,采用常溫控制器保持其工作溫度的穩(wěn)定性。

    b)PH值——實(shí)踐結(jié)果表明,鍍鎳電解液的PH值對(duì)鍍層性能及電解液性能影響極大。在PH≤2的強(qiáng)酸性電鍍液中,沒有金屬鎳的沉積,只是析出輕氣 。一般PCB鍍鎳電解液的PH值維持在3—4之間 。PH值較高的鍍鎳液具有較高的分散力和較高的陰極電流效率。但是PH過(guò)高時(shí),由于電鍍過(guò)程中陰極不斷地析出輕氣,使陰極表面附近鍍層的PH值升高較快,當(dāng)大于6時(shí),將會(huì)有輕氧化鎳膠體生成,造成氫氣泡滯留,使鍍層出現(xiàn)。氫氧化鎳在鍍層中的夾雜 ,還會(huì)使鍍層脆性增加。PH較低的鍍鎳液,陽(yáng)極溶解較好,可以提高電解液中鎳鹽的含量,允許使用較高的電流密度,從而強(qiáng)化生產(chǎn)。但是PH 過(guò)低 ,將使獲得光亮鍍層的溫度范圍變窄。 加入碳酸鎳或堿式碳酸鎳,PH值增加 ;加入氨基磺酸或硫酸,PH值降低,在工作過(guò)程中每四小時(shí)檢查調(diào)整一次PH值。

    c)陽(yáng)極——目前所能見到的PCB常規(guī)鍍鎳均采用可溶性陽(yáng)極 ,用鈦籃作為陽(yáng)極內(nèi)裝鎳角已相當(dāng)普遍。其優(yōu)點(diǎn)是其陽(yáng)極面積可做得足夠大且不變化,陽(yáng)極保養(yǎng)比較簡(jiǎn)單 。鈦籃應(yīng)裝入聚丙烯材料織成的陽(yáng)極袋內(nèi)防止陽(yáng)極泥掉入鍍液中。并應(yīng)定期清洗和檢查孔眼是否暢通。新的陽(yáng)極袋在使用前,應(yīng)在沸騰的水中浸泡。

    d)凈化——當(dāng)鍍液存在有機(jī)物污染時(shí),就應(yīng)該用活性炭處理。但這種方法通常會(huì)去除一部分去應(yīng)力劑(添加劑),必須加以補(bǔ)充。其處理工藝如下;

    (1)取出陽(yáng)極,加除雜水5ml/l,加熱(60—80度C)打氣(氣攪拌)2小時(shí)。
    (2)有機(jī)雜質(zhì)多時(shí),先加入3—5ml/lr的30%雙氧水處攪拌3小時(shí)。
    (3)將3—5g/l粉末狀活性在不斷攪拌下加入,繼續(xù)氣攪拌2小時(shí),關(guān)攪拌靜置4小時(shí),加助濾粉使用備用槽來(lái)過(guò)濾同時(shí)清缸。
    (4)清洗保養(yǎng)陽(yáng)極掛回,用鍍了鎳的瓦楞形鐵板作陰極,在0.5—0.1安/平方分米的電流密度下進(jìn)行拖缸8—12小時(shí)(當(dāng)鍍液存在無(wú)機(jī)物污染影響質(zhì)量時(shí),也常采用)
    (5)換過(guò)濾芯(一般用一組棉芯一組碳芯串聯(lián)連續(xù)過(guò)濾,按周期性便換可有效延期大處理時(shí)間,提高鍍液的穩(wěn)定性),分析調(diào)整各參數(shù)、加入添加劑潤(rùn)濕劑即可試鍍。

    e)分析——鍍液應(yīng)該用工藝控制所規(guī)定的工藝規(guī)程的要點(diǎn),定期分析鍍液組分與赫爾槽試驗(yàn),根據(jù)所得參數(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)部門調(diào)節(jié)鍍液各參數(shù)。

    f)攪拌——鍍鎳過(guò)程與其它電鍍過(guò)程一樣 ,攪拌的目的是為了加速傳質(zhì)過(guò)程,以降低濃度變化,提高允許使用的電流密度上限。對(duì)鍍液進(jìn)行攪拌還有一個(gè)十分重要的作用,就是減少或防止鍍鎳層產(chǎn)生。因?yàn)椋婂冞^(guò)程中,陰極表面附近的鍍離子貧乏,氫氣的大量析出 ,使PH值上升而產(chǎn)生氫氧化鎳膠體,造成氫氣泡的滯留而產(chǎn)生。加強(qiáng)對(duì)留鍍液的攪拌,就可以消除上述現(xiàn)象。常用壓縮空氣、陰極移動(dòng)及強(qiáng)制循環(huán)(結(jié)合碳芯與棉芯過(guò)濾)攪拌。

    g)陰極電流密度——陰極電流密度對(duì)陰極電流效率、沉積速度及鍍層質(zhì)量均有影響。測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)采用PH較底的電解液鍍鎳時(shí),在低電流密度區(qū),陰極電流效率隨電流密度的增加而增加;在高電流密度區(qū),陰極電流效率與電流密度無(wú)關(guān),而當(dāng)采用較高的PH電鍍液鎳時(shí),陰極電流效率與電流密度的關(guān)系不大。

    與其它鍍種一樣,鍍鎳所選取的陰極電流密度范圍也應(yīng)視電鍍液的組分、溫度及攪拌條件而定,由于PCB拼板面積較大,使高電流區(qū)與低電流區(qū)的電流密度相差很大,一般采用2A/dm2為宜。

    6、故障原因與排除

    a) 麻坑:麻坑是有機(jī)物污染的結(jié)果。大的麻坑通常說(shuō)明有油污染。攪拌不良,就不能驅(qū)逐掉氣泡,這就會(huì)形成麻坑。可以使用潤(rùn)濕劑來(lái)減小它的影響,我們通常把小的麻點(diǎn)叫,前處理不良、有金屬什質(zhì)、硼酸含量太少、鍍液溫度太低都會(huì)產(chǎn)生,鍍液維護(hù)及工藝控制是關(guān)鍵,防劑應(yīng)用作工藝穩(wěn)定劑來(lái)補(bǔ)加。

    b) 粗糙、毛刺 :粗糙就說(shuō)明溶液臟,充分過(guò)濾就可糾正(PH太高易形成氫氧化物沉淀應(yīng)加以控制)。電流密度太高 、陽(yáng)極泥及補(bǔ)加水不純帶入雜質(zhì),嚴(yán)重時(shí)都將產(chǎn)生粗糙及毛刺。

    c) 結(jié)合力低:如果銅鍍層未經(jīng)充分去氧化層,鍍層就會(huì)剝落現(xiàn)象,銅和鎳之間的附著力就差 。如果電流中斷 ,那就將會(huì)在中斷處 ,造成鎳鍍層的自身剝落,溫度太低嚴(yán)重時(shí)也會(huì)產(chǎn)生剝落。

    d) 鍍層脆、可焊性差:當(dāng)鍍層受彎曲或受到某種程度的磨損時(shí),通常會(huì)顯露出鍍層脆。這就表明存在有機(jī)物或重金屬什質(zhì)污染,添加劑過(guò)多、夾帶的有機(jī)物和電鍍抗蝕劑,是有機(jī)物污染的主要來(lái)源,必須用活性炭加以處理,添加濟(jì)不足及PH過(guò)高也會(huì)影響鍍層脆性。

    e) 鍍層發(fā)暗和色澤不均勻 :鍍層發(fā)暗和色澤不均勻,就說(shuō)明有金屬污染。因?yàn)橐话愣际窍儒冦~后鍍鎳,所以帶入的銅溶液是主要的污染源。重要的是 ,要把掛具所沾的銅溶液減少到低程度。為了去除槽中的金屬污染 ,尤其是去銅溶液應(yīng)該用波紋鋼陰極,在2~5安/平方英尺的電流密度下,每加侖溶液空鍍5安培一小時(shí)。前處理不良、低鍍層不良、電流密度太小、主鹽濃度太低、電鍍電源回路接觸不良都會(huì)影響鍍層色澤。

    f) 鍍層燒傷 :引起鍍層燒傷的可能原因:硼酸不足,金屬鹽的濃度低、工作溫度太低、電流密度太高、PH太高或攪拌不充分。

    g) 淀積速率低: PH值低或電流密度低都會(huì)造成淀積速率低。

    h) 鍍層起泡或起皮:鍍前處理不良、中間斷電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、有機(jī)雜質(zhì)污染 、電流密度過(guò)大、溫度太低、PH太高或太低、雜質(zhì)的影響嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生起泡或起皮現(xiàn)象。

    I)陽(yáng)極鈍化:陽(yáng)極活化劑不足,陽(yáng)極面積太小電流密度太高。
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