純鎳生產方法（化鎳金生產流程及工藝簡介）

2023-10-09 18:04:41 1

目前PCB業界流行的表面處理製程有噴錫、抗氧化（OSP）、電鎳金、化鎳金、化銀、化錫等幾種。化鎳金（ENIG=electroless nickel and immersion gold）製程主要應用於筆記本電腦主板、各種電腦內存條、音效卡、顯卡、路由器、手機板、數位相機主板、各種存儲塊以及攝相機等高難度線路板的製造。

化鎳金製程優點

1、 表面平坦；

2、 可焊接，可打線；

3、 可接觸導通；

4、 可散熱（高溫不氧化）；

5、 可耐多次回流焊。

幾種PCB表面處理對比

化鎳金流程簡介

1、一般化鎳金流程：水平前處理→上料→除油→水洗→水洗→微蝕→水洗→水洗→酸洗→純水洗→純水洗→預浸→活化→純水洗→純水洗→純水洗→化學鎳→純水洗→純水洗→化金→回收→純水洗→純水洗→下料→洗板→檢板

2、厚化金流程水平前處理→上料→除油→水洗→水洗→微蝕→水洗→水洗→酸洗→純水洗→純水洗→預浸→活化→純水洗→純水洗→純水洗→化學鎳→純水洗→純水洗→預浸金→厚化金→回收→純水洗→純水洗→下料→洗板→檢板

化鎳金各工序原理及說明

1、水平前處理

通過水平前處理將銅面的過度氧化及汙染，以機械法和化學法相結合的方法去除，協助清潔能力不太強的除油槽，使後續的沉鎳金得以順利進行。常見的方法有微蝕 尼龍磨刷，微蝕 噴砂，純微蝕水平前處理等等。

2、除油

去除銅面輕微氧化及汙染,降低槽液的表面張力,使藥水在對象表面擴張,達到浸潤的效果。除油劑一般為有機酸型，容易滋生黴菌，保養時要注意槽壁的清洗。由於含有界面活性劑，因此其後的第一道水洗不開打氣或輕微開打氣，槽液本身更無需空氣攪拌，防止氣泡過多不易清洗。除油槽液要求充分的循環過濾，避免出現渾濁現象。CuO 2 H →Cu2 H2O

3、微蝕

去除銅面氧化，使銅表面微粗化，並化學鎳層保持良好的結合力。

NaS2O8 H2O → Na2SO4 H2SO5

H2SO5 H2O → H2SO4 H2O2

H2O2 Cu → CuO H2O

CuO H2SO4 → CuSO4 H2O

為了保持比較穩定的微蝕速率，溶液中的銅離子一般要求控制在3-20g/l，因此在配新槽時需要保留1/5-1/3的母液，或添加適量的硫酸銅。槽液需要適當的打氣，滴水時間不宜過長（建議3-10秒）。

4、酸洗

去除微蝕後的銅面氧化物及殘留的鹽類。

CuO H2SO4 → CuSO4 H2O

5、預浸

維持活化槽中的酸度，使銅面在新鮮的狀態下進入活化槽。預浸所使用的硫酸為AR級，鐵離子的濃度要求<0.5ppm。

CuO H2SO4 →CuSO4 H2O

6、活化

通過銅和鈀的置換反應，在銅面上生成一層鈀，作為化學鎳反應的觸媒。活化槽槽液內不能存在氯離子、鐵離子、鎳離子等雜質汙染。生產過程中溫度一般不超過30℃，不能開打氣，而添加藥水時應在槽內無板時進行，並開打氣1-2min使藥水初步循環均勻。藥水添加必須使用專用的量杯。槽壁需要定期進行硝槽處理，以保持槽壁乾淨。

陽極反應 Cu → Cu2 2 e- (E0 = 0.34V)

陰極反應 Pd2 2 e- → Pd (E0 = 0.98V)

全反應 Cu Pd2 → Cu2 Pd

7，化學鎳

在活化後的銅面上反應生成一層P/Ni合金層，作為銅和金相互遷移或擴散的阻隔層。槽液的主要成份為：

A）硫酸鎳：提供反應所需的鎳離子；

B）次磷酸鈉：還原劑，使鎳離子還原為金屬鎳；

C）絡活劑：與鎳離子絡活，減少游離鎳離子濃度，防止生成氫氧化鎳和亞磷酸鎳，增加槽液的穩定性；

D）PH值調整劑：維持適當的PH值；

E）穩定劑：防止鎳在膠體粒子或其他雜質粒子上沉積；

F）促進劑：增加被鍍對象表面的負電位，使啟鍍容易及增加還原效率。

H2PO2－＋ H2O → HPO32－＋ 2H ＋ 2e－ 次磷酸根氧化釋放電子

Ni2＋＋ 2e－→ Ni 鎳離子得到電子還原成金屬鎳

2 H ＋ 2 e－→ H2↑ 氫離子得到電子還原成氫氣

H2PO2－＋ e－→ P＋2 OH－ 次磷酸根得到電子析出磷

總反應式: Ni2＋＋ H2PO2－＋ H2O → H2PO3－＋2 H ＋ Ni

化鎳沉積的pH（4.4-4.8），液溫（80-86℃），與槽液負載（Loading Factor 0.3-0.8dm2/L，不可低於0.1也不可超過1.0），是主宰反應快慢的三大參數，必須採用精密儀器，執行自動添加與全程監控。且應定時進行線外分析，進行數據對比（量產者每班1-3次）。

凡此三參數上升者，都可能因過度活化而長胖（因其主還原劑NaH2PO2次磷酸二氫鈉，要在高鹼中活力才會強）；反之三大條件不足時，亦將會導致起鍍不良甚至露銅。

8、 化學金

提供Au（CN）2-來源，在鎳面發生置換反應，生成金屬金層。

陽極反應 Ni →Ni2 2 e- (E0 = -0.25V)

陰極反應 Au(CN)2- e- → Au 2 CN- (E0 = 0.6V)

全反應 Ni Au(CN)2- → Ni2 Au 2 CN-

酸性金水中含金量約 0.8-1.5g/L。一般之銅汙染不可超過5ppm，一旦少許清潔銅墊在全無鎳面覆蓋之下，很可能在金水中也發生銅與金的置換，進而造成銅份溶入。當金水中的銅汙染量增多時，會常出現金面異常而呈現較紅的色澤，使得金與鎳之間的密著力也會變差。ENIG的某些焊墊若出現霧霧暗暗時，就可能是無鎳的金面。倘有懷疑時，可用剝金液剝除金層，是鎳是銅自必一目了然。

金屬雜質 容許量(ppm) 影響

Cu 5 金析出速度增加,焊錫性不良

Ni 900 金析出速度降低

Fe 2 金析出速度降低

9、厚化金

通過自身的還原作用將Au（CN）2-還原出金屬金，可以進一步加厚金層，一般用於Wire bonding製程。

陽極反應 M →M2 2 e-

陰極反應 Au(CN)2- e- → Au 2 CN-

10、洗板

洗板的作用是洗淨板面的藥水殘留，烘乾板面防止金面氧化。常見的工藝有稀硫酸（0.5-1%） 純水洗，檸檬酸 純水洗。