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来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/05/01 18:09:00
酸性镀铜及表面镀（涂）覆工艺
深圳市圣维健化工有限公司 韩书梅
第五节热风整平
第六节锡铅合金镀层的热熔
第七节 电镀镍
1 概述
镍，元素符号Ni，原子量58．7，密度8．88g/cm3，Ni2+的电化当量1．095g／AH。
用于印制板的镍镀层分为半光亮镍(又称低应力镍或哑镍)和光亮镍两种。主要作为板面镀金或插头镀金的底层，根据需要也可作为面层，镀层厚度按照IPC-6012(1996)标准规不低于2~2．5 μm。镍镀层应具有均匀细致，孔隙率低，延展性好等特点，而且低应力镍应具有宜于钎焊或压焊的功能。
2 低应力镍
2．1镀镍机理
阴极：在阴极上，镀液中的镍离子获得电子沉积出镍原子，同时伴有少量氢气析出。
Ni2++2e+Ni 0Ni2+／Ni=-0．25V
2H++2e+H2 0Ni2+／N2=-0.0V
虽然Ni的标准电极电位很负，但由于氢的过电位以及镀液中镍离子的浓度、温度、pH等操作条件的影响，阴极上析出氢极少，这时镀液的电流效率可达98％以上。只有当pH很低时，才会有大量氢气析出，此时阴极上无镍沉积。
阳极：普通镀镍使用可溶性镍阳极。阳极的主反应为金属镍的电化学溶解：
Ni-2e→Ni2+
当阳极电流密度过高，电镀液中又缺乏阳极活化剂时，阳极将发生钝化并伴有氧气析出：
2H20-4e→02↑+4H+
当镀液中有氯离子存在时，也可能发生析出氯气得反应：
2C1--2e→C12 ↑
阳极上金属镍电化学溶解使镍离子不断进入溶液，从而提供了阴极电沉积所需的镍离子。但当阴极面积不够大或镀液中活化剂不够时，将导致阳极钝化而析出氧，生成的氧进步氧化阳极表面，生成棕色的Ni203氧化膜。
2Ni+3[O] →Ni2O3
由于阳极钝化，使电流密度降低，槽电压升高，电能损失增加。
当使用高速镀镍工艺时，阳极采用非溶性材料如：铂、钛上镀铂网或钛上镀钌网，也可以采用含硫的活性镍阳极。
2．2镀液配方及操作条件
镀液配方及操作条件见表7-1。
2．3镀液配制
1)在备用槽中，用热去离子水溶解计量的硫酸镍、氯化镍和计量1/2的硼酸。
2)加热至55~60℃，加活性炭3 g/L，搅拌2h，静置2h，过滤，将无炭粒的溶液转人已清洗干净的工作槽中。
3)搅拌下，加入其余量硼酸，调pH到3．0，在55-60℃下，用瓦楞形阴极，在0．3~0．5 A／dm2下电解，直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止。一般通电量需达4 Ah/L。
4)加入添加剂和润湿剂，搅拌，调pH及液位，分析镀液成分。试镀。
如果所用硫酸镍、氯化镍等材料纯度低，则需在加活性炭之前，先加H2O21~3 ml／L，搅拌半小时，加热至65℃，保持半小时，再加活性炭并继续按步骤进行。
2．4各成分作用
2．4．1主盐
硫酸镍或氨基磺酸镍是镀镍溶液的主要成分，在普通镀镍中，控制Ni2+浓度65-75 g／L。表7-2中列出了这两种类型镀液所镀出镀层的主要性能比较。从表中看出，以氨基磺酸盐型的低应力镍镀层的性能更佳。但氨基磺酸镍稳定性较差，价格较贵。而用硫酸镍为主盐也能达到技术要求。
提高主盐浓度，可以提高镀层的沉积速度，并能使允许电流密度范围扩大，但主盐浓度太高会导致镀液分散能力降低。主盐浓度降低导致镀层沉积速度降低，严重时会导致高电流区镀层烧焦。
2．2．4阳极活化剂
为了保证阳极正常溶解，防止阳极钝化，镀液中需要阳极活化剂。镍的卤族化合物如：氯化镍、溴化镍等可以作为镍阳极活化剂。氯化镍浓度不能太高，否则会使镀层应力增加，一般以氯化镍不大于30 g／L为宜；以溴离子作阳极活化剂，它的浓度升高影响不大，但溴化物原料来源不如氯化镍方便。
阳极钝化有以下现象：
1)槽电压升高，一般可达6V以上，但电流却很小。
2)阳极表面气泡较多，有时会有刺激性气味，甚至表面呈褐色。
造成阳极钝化的主要原因：
镀液中阳极活化剂浓度太低。
阳极面积太小。
此时，将溶液和阳极面积调整后，将阳极取出，经稀硫酸处理后，洗净重新放人镀液。
2．4．3缓冲剂
硼酸是镀镍溶液最好的缓冲剂。它可以将镀液的酸度控制在一定范围之内，为了达到最佳缓冲效果，硼酸浓度不能低于30g／L，最好保持在40-50g／L。
H2BO3的缓冲作用是通过H2BO3的电离来维持的，H2BO3是一种弱酸，它在水溶液中电离反应如下:
H2BO3 与 H++H2BO3-
H2BO3 与 H++HBO32-
HBO32 与 H++BO33-
当溶液pH上升时，电离平衡向右进行，维持了溶液pH值的稳定；当溶液pH下降时，使电离平衡向左进行，同样维持了溶液pH的稳定。
硼酸不仅具有pH缓冲能力，而且它能提高阴极极化，改善镀液性能，使在较高的电流密度下，镀层不易烧焦。硼酸的存在也有利于改善镀层的机械性能。
2．4．4添加剂
添加剂的加入，改善了镀液的阴极极化，使镀层均匀细致并具有半光亮镍的光泽，同时改善了镀液的分散能力。
添加剂的主要成分是应力消除剂，由于添加剂的加入，降低了镀层的内应力，随着添加剂的浓度变化，可以使镀层内应力由张应力改变为压应力。能起到这种作用的材料有如：萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等。添加剂成分选配合适，可以使镀层均匀细致有光泽并且可焊性好。
2．4．5润湿剂 润湿剂能降低镀液的表面张力，使表面张力降至35-37 dyn／cm，这有利于消除镀层的针孔、麻点。用于印制板的镀镍溶液宜使用低泡润湿剂，如：二乙基已基硫酸钠、正辛基硫酸钠等。
2．5操作条件
2．5．1 pH值
pH控制在3．5~4为宜。当pH一定时，随着电流密度增加，电流效率也增加。pH高，镍的沉积速度快，但pH太高将导致阴极附近出现碱式镍盐沉淀，从而产生金属杂质的夹杂，使镀层粗糙、毛刺和脆性增加。pH低些，镀层光泽性好，但pH太低导致阴极电流效率降低，沉积速度降低，严重时阴极大量析氢，镀层难以沉积。
使用可溶性阳极的镀液，随着电极过程的进行，镀液pH逐渐升高。使用不溶性阳极的镀液，由于阳极析氧，使镀液中OH-浓度减少，从而pH会降低。
降低镀液pH用10％(V／V)H2S04；提高镀液pH用碳酸镍或碱式碳酸镍。提高镀液pH不宜用N。OH，因为钠离子在镀液中的积累会降低电流密度上限，容易导致高电流区镀层烧焦。碳酸镍的加入方法最好是将它放人聚丙烯的滤袋并挂在镀液中，使其缓慢溶于镀液中，且不可将固体物直接放入镀液中，当pH达到要求后，取出滤袋，洗净后烘干备用。当市售碳酸镍难以购到时，可以自己制备：将3份重量的硫酸镍与1．3份重量的无水碳酸钠分别用少量去离子水溶解，在搅拌下将碳酸钠溶液慢慢倒人硫酸镍溶液中，反应方程式如下：
NiSO4+Na2CO， → NiCO3 ↑ +Na2SO4
待沉淀完全后，过滤，用去离子水洗涤沉淀数次，以去除硫酸钠，沉淀即可使用。
2．5．2温度
操作温度对镀层内应力影响较大，提高温度可降低镀层内应力，当温度由10-35℃时，镀层内应力有明显降低，到60℃以上，镀层内应力稳定。一般维持操作温度55~60℃为宜。
镀液操作温度的升高，提高了镀液中离子的迁移速度，改善了溶液的电导，从而也就改善了镀液的分散能力和深镀能力，使镀层分布均匀。同时温度升高也可以允许使．用较高的电流密度，这对高速电镀极为重要。
2．5．3电流密度
在达到最高的允许电流密度之前，阴极电流效率随电流密度的增加而增加。在正常的操作条件下，当阴极电流密度4 A／dm2时，电流效率可达97％，而镀层外观和延展性都很好。对于印制板电镀，由于拼板面积比较大，至使中心区域与边缘的电流密度可相差数倍，所以实际操作时，可取操作电流密度2 A／dm2左右为宜。
镀层沉积速度与电流密度关系见表7-3。
2．5．4搅拌
搅拌能有效地清除浓差极化，保证电极过程持续有效地进行，同时也有利于阴极表面产生的少量氢气很快逸出，减少可能出现的针孔、麻点。搅拌方式可采用：镀液连续过滤、阴极移动和空气搅拌，或者选择其中的两者相配合。对于高速镀镍，其电流密度高达20 A／dm2以上，为了更好的清除浓差极化，应配有镀液喷射的专用设备。
镀液连续过滤是必要的，它可及时清除镀液中的机械杂质，又能保持镀液流动。过滤机的能力以满足每小时过滤镀液2~5次为宜，滤芯用聚丙烯材料，精度以5μm为宜。
若采用阴极移动，振幅20~25 mm，15~20次／min。
若采用空气搅拌，则必须与连续过滤相配合，所供的压缩空气应是无油压缩空气，气流中速，如果空气量太大，导致溶液流动太快，将降低镀液的分散能力。
2．5．5镍阳极
常规镀镍均采用可溶性镍阳极，可以使用镍板或装在钛篮中的镍角，并用吊钩将阳极悬挂在阳极杆上。
理想的阳极要能够均匀溶解，不产生杂质进入镀液，不形成任何残渣。因此对阳极材料的成分及阳极的结构都有严格的要求。
目前采用盛有镍球(角)的钛篮作为阳极已相当普遍。使用钛篮盛阳极材料可以保持足够大的阳极面积而且不变化，阳极保养也比较简单，只要定期将阳极材料补人篮中。钛篮底部应高出槽底50-70 mm，以避免阴极边缘因电力线过于集中而使镍镀层烧焦。使用钛篮还可利用适当的遮蔽法调整阳极的有效面积来改善阴极镀层分布，如图7-1所示：图中左方所示镀层厚度中部与边缘差距48-50％，而在图中，由于阳极有遮蔽板使阴极镀层厚度均匀。
钛是很好的阳极篮结构材料，它强度高、质轻、耐蚀而且表面有层氧化膜，此膜在正常电镀条件下，可以阻止电流通过钛篮而使电流直接通向钛篮内的镍，但镍量不够时，钛就会受到浸蚀，所以应经常充实篮内的阳极镍材防止"架空"。钛篮常用网目是10x3 mm，也有用更宽的。钛篮应装入聚丙烯材料织成的阳极袋内，阳极袋必须适度套紧并有正确的长度，阳极袋口应高出液面30-40 mm，以防阳极泥渣析出。为防止阳极袋受到意外伤害而使阳极泥渣泄出，可以使用双层袋，这样内袋要套紧，外袋要松些。
高质量的的镍阳极对保护镀层的质量，延长镀液寿命十分重要。随着钛篮的出现，阳极镍的品种也在改进和提高。现在常用的有25x25x15 mm镍块，有96-12 mm的镍球，还有022-10 mm形如钮扣状的镍饼。装载密度一般是：镍球5．4~6 ks／dm3,镍饼4．6 kS／dm3。
还有一种含硫镍阳极是活性镍阳极，它的形状如圆饼或球形，它的活性来源于精练过程所加人的少量的硫，它能使阳极溶解均匀，即使在没有氯化物的镀液中，也能使阳极效率达100％，阳极所含的硫并未进入镀液而是以不溶性硫化镍残渣形式保存在阳极袋中。该硫化镍残渣还可吸附镀液中的铜离子而帮助净化镀液。这种活性镍阳极更适于作高速电镀的阳极。球形或饼状阳极都是用于自动线操作。
阳极材料的成分应符合国家标准GB 6516-86，其它标准如IS06283，ASTMB39，都制定了相应的材料标准。典型阳极板的化学成分见表7-4。
2．6镀液维护
1)定期分析镀液中的主盐成分并及时给以补充，以保持镀液成分稳定。选择高质量的硫酸镍、
氯化镍、硼酸或氨基磺酸镍至关重要。补人镀液中的主盐应预先溶解后经活性炭处理才可人缸，硼酸可直接加人缸中，加入方式最好是将它置人阳极袋中，使在镀液中缓慢溶入。
2)及时检查和调整镀液的pH值，一般每4小时至少检查调整一次。
3)添加剂根据安时数及时补充，最好能由赫尔槽试验配合补加。
4)镀液的主要污染来自于重金属离子和有机污染，要及时清除。
镀镍液的重金属污染主要是Cu2+，Fe2+，Zn2+，当Cu2+达0．01~0．05 g／L时，导致镀层低电流区发黑，严重时镀层无光亮，可焊性差。Pe和Zn的污染主要来源于主盐和阳极。当Fe2+0．03~0．05 g／L时，镀层发脆，产生针孔；当Zn2+0．02 g／L时，镀层低电流区出线条纹。以上重金属杂质可在操作温度下，调pH到3，以0．2~0．5A／dm2的电流用瓦楞形阴极通电处理，直至镀层在高低电流区颜色一至为止。小电流处理也会消耗添加剂，因此在小电流处理完成后，需检查并调整pH，同时补充适量添加剂。这项除杂工作应经常进行。也可以通过哑镍除杂水并伴有小电流处理重金属杂质。
有机污染来自干膜或网印油墨，特别是当油墨烘干不彻底时。有机杂质导致镀层发雾、发脆、针孔，严重时影响可焊性。少量的有机污染出现的针孔、麻点可通过补加润湿剂来克服，当这样做无效时，应对溶液进行炭处理。通过过滤机进行炭处理对镀液日常维护是必须的，这样还可以与小电流处理同时进行，达到一举两得。
5)镀液大处理：当镀液受到严重污染或经过较长时间使用后(如半年至1年)，有必要进行大处理。大处理就是通过化学、电化学和机械的方法，将溶液中的重金属和有机杂质比较彻底的清理一次，相当于镀液的再生。
处理方法如下：将溶液置人备用槽中，加足需要补充的主盐，加H2O2(30％)1~3ml／L,搅拌1至2小时，调pH到5．5，加温60-65℃，保温至少0．5小时，加优质活性炭粉3g／L，搅拌1-2小时，此时液温应在50℃以上，将溶液静置，过滤，将完全澄清的溶液转入工作槽中，调PH到3，以瓦楞形阴极通小电流处理，直至阴极上高低电流区颜色一致为止。大处理后，调整PH，补充开缸量的湿润剂和开缸量1/3-l/2添加剂，试镀。
2．7不合格镀液的退除
不合格镀层可以用铜基体镀镍的退镍液退除但要注意除膜，否则影响结合力。
2．8常见故障和处理方法
低应力镍的常见故障和处理方法见表7-5。
3 镀光亮镍
光亮镍镀层均匀、细致、光亮，但不可焊。与普通金属零件镀光亮镍相比，印制板镀光亮镍层要求有更好的延展性。
光亮度镍的溶液应具有很好的分散能力和深镀能力以及对杂质的容忍性强等特点，同时应稳
定，便于维护。
3．1镀液配方及操作条件
光亮镀镍工艺的通用配方及操作条件见表7-6。
3．2镀液配制
1)在备用槽中，用60℃左右的热纯水将计量的硫酸镍、氯化镍和1/2计量的硼酸溶解。
2)在60℃左右的溶液中，加入活性炭粉3g／L，搅拌1-2小时。静置，过滤，将澄清的无炭粒的溶液转入已经清洗好的工作槽中。
3)加纯水至接近镀液体积，调pH到3(用10％H2SO4)，调液温到50-60℃，用瓦楞形阴极以 0．2~0．5 A／dm2的阴极电流密度电解4-8小时，直至阴极镀层均匀一致为止。电解过程中逐渐加人另一半硼酸。电解处理的通电量一般不少于4 Ah／L。
4)按工艺要求加入添加剂、润湿剂，在搅拌下调整pH和液位。分析镀液成分。
5)试镀。
3．3镀液中各成分的作用
3．3．1硫酸镍(NiSO4·6H2O)
硫酸镍是镀液的主要成分。浓度以250-300 g／L为宜。硫酸镍浓度高，镀层沉积速度快，电流密度范围大，但浓度太高导致携带损失增加，也不利于镀液的分散能力。硫酸镍浓度太低。镀层沉积速度慢，高电流区容易烧焦。为了维持稳定的沉积速度，最好将硫酸镍浓度控制在较小的范围内，如280 g／L左右。
3．3．2氯化镍(NiCl2·6H2O)
氯化镍是阳极活化剂，氯化镍浓度高有利于提高阳极电流效率，保持阳极溶解正常进行，但浓度太高导致镀层应力增加。氯化镍浓度太低将导致阳极钝化。氯化镍浓度以50-70 g／L为宜。
3．3．3硼酸(H2BO3)
硼酸是镀液的缓冲剂，其浓度40-50 g／L为宜。硼酸浓度太低，影响溶液的导电率，同时镀液缓冲效果差；提高硼酸浓度，溶液导电率提高，镀层均匀度改善。硼酸浓度高对电镀过程无害。
3．3．4添加剂
光亮镀镍的添加剂分为初级光亮剂和次级光亮剂两种。初级光亮剂就是通常所说的开缸剂、柔软剂等，它的作用是改善和细化镀层结晶，使镀层分布均匀，并与次级光亮剂配合，降低镀层内应力。次级光亮剂就是通常所说光亮剂、主光剂等，它与初级光亮剂配合，使镀层光亮整平、均匀、细致，并且延展性好。单独使用次级光亮剂虽然可以获得光亮的镍镀层，但镀层光亮范围窄，应力高，脆性大。目前普遍使用的初级光亮剂是糖精、苯亚磺酸钠、对 甲苯磺酰胺等。广泛使用的次级光亮剂是1．4-丁炔二醇及其衍生物，丙炔醇及其衍生物及吡啶类化合物等。这类成分配合得当，就可成为理想的镀镍光亮剂。为了使用方便和得到最佳效果一般都配成专利添加剂在市场销售，使用者可以根据自己的需要选择性能好，价格合理的添加剂用于生产。
3．3．5润湿剂
润湿剂是表面活性剂，它可降低溶液的表面能力，减少或克服镀层出现的针孔、麻点等疵病。作为印制板镀镍，应选用低泡润湿剂，浓度一般1-5 ml／L。控制表面张力在35-40 dyn／em。
润湿剂太少，镀层出现针孔、麻点；润湿剂太多会导致镀层发雾、发花。甚至构成有机污染。
3．4操作条件的影响
3．4．1 pH值
光亮镀镍的pH值一般在4左右。pH太高，镀层脆性会增加；pH太低，阴极电流效率低，严重时，阴极析出大量氢气而无镀层析出。
3．4．2温度
温度控制在50-60~C，提高温度镀层沉积速度加快，允许电流密度范围扩大，且镀层内应力低，镀液分散能力和深镀能力都得到改善。为了得到最佳镀层，镀液最好配有控温装置，保持液温稳定。
3．4．3电流密度
光亮镀镍的电流密度可达1．5-8 A／dm2，线路板操作中，一般选用2-4 A／dm2，这是因为大的拼板上其中心部位和边缘部位电流分布差距很大，为防止边缘烧焦，对不同的板面要选好最佳电流密度。
3．4．4搅拌和过滤
光亮镀镍的允许电流密度较高，为保证得到均匀细致的镀层，镀液需要流动和净化。空气搅拌和阴极移动并配有镀液连续过滤是必要的，可以根据具体情况选用空气搅拌配连续过滤，或阴极移动配连续过滤，或三者联合使用。
3．4．5阳极
光亮镀镍使用可溶性镍阳极，镍角可使用纯镍或含硫活性镍。镍角装入有阳极袋包裹的钛篮中，阳极袋用聚丙烯布制成。
3．5光亮镀镍溶液的维护
1)定期分析硫酸镍、氯化镍、硼酸，并及时给予调整。补加硫酸镍、氯化镍时，应事先溶解并经活性炭处理后方可加入镀槽。硼酸的补加：可将待补加的硼酸放人聚丙烯袋内，将其吊人溶液中慢慢溶解。
2)及时检查和调整溶液的pH值。降低pH用10％(V／V)H2SO4，升高pH用NiCO3或NiCO3·Ni(OH)2。日常作业中，PH会升高，一般至少4小时应调整一次。
3)按赫尔槽试验或参考说明书中给出的添加剂消耗数据及时补充所用添加剂。
4)及时处理镀液中的污染。铜、铁、锌等重金属离子的污染通常是用在pH，下，在操作温度下，用瓦楞形阴极通0．1-0．5 A／dm2电流处理，直到瓦楞形阴极上镀层颜色均匀为止。必要时可以用除杂水，除杂水加入量不可太多，过多会导致镀层发脆。也可以在加入除杂水后辅以小电流处理。
有机污染用活性炭处理。
如果镀液使用时间比较长，有必要进行大处理时，可参见2．6节。
3．6常见故障及处理方法见表7-7。
第八节 电镀金
1 概述
金，元素符号Au，原子量197，密度19．32 g／cm3，Au+的电化当量0．1226 g／A·m。
用于印制板生产的镀金层分为两类；板面镀金和插头镀金。
1)板面镀金：板面镀金层是24K纯金，具有柱状结构，它有极好的导电性和可焊性。镀层厚度0．01~0．05μm。
板面镀金层是以低应力镍或光亮镍为底层，镍镀层厚度3-51xm，镍镀层作为中间层起着金、铜之间的阻挡层的作用，它可以阻止金铜间的相互扩散和阻碍铜穿透到金表面。镍层存在相当于提高了金镀层的硬度。
板面镀金层既是碱性蚀刻的保护层，也是有IC铝线压焊和按键式印制板的最终表面镀层。
2)插头镀金：插头镀金也称镀硬金，俗称"金手指"。它是含有Co、Ni、Fe、Sb等合金元素的合金镀层，它的硬度、耐磨性都高于纯金镀层。硬金镀层具有层状结构。用于印制板的插头镀金层一般0．5~1．5μm或更厚。合金元素含量≤0．2％。
插头镀金用于高稳定、高可靠的电接触的连接；对镀层厚度、耐磨、孔隙率均有要求，硬金镀层的技术指标见表8-1。
硬金镀层以低应力镍为阻挡层，防止金铜之间的相互扩散。为了提高硬金镀层的结合力和减少孔隙率，也为了保护镀液减少污染，在镍层和硬金层之间需镀以0．02~0．05p,m的纯金层。
我国行业标准SJ-2431和美国标准IPC-6012(1996)对插头镀镍、镀金层厚度有所规定，分别见表8-2和表8-3。镀金层技术标准可参照4524、IS04523； 国标GBl2304、GBl2305； 国军标GJBl941-94。不同产品对镀层厚度的要求也不同，主要取决于对产品可靠性的要求。
印制板的镀金溶液以弱酸性柠檬酸系列的微氰镀液为佳。中性镀液由于其耐污染能力差，很少应用，由于印制板本身的特点，碱性镀液是不适用。镀金液中引入C。、Ni、Pe、Sb等合金元素可以获得硬金镀层，不同元素带来的效果也不尽相同，当前生产中用量最多的当属Au-Co镀层。所用镀液多为专利镀液。
对镀金液的要求应是稳定、便于维护，同时应在金含量尽可能低的情况下达到所需的技术指标以减低成本提高效益。
2 镀金基理
镀金通常采用不溶性阳极高，如果槽电压比较高,阳极上会发生析氧反应：
2H2O-4e → O2↑T+4H+
在微氰镀液中，Au以Au(CN)2-的形式存在，在电场作用下，金氰络离子在阴极放电：
Au(CN)2-+e→Au+2CN-↑ q0Au／Au(CN)2=-0.60V
在阴极上同时发生析氢反应：
2H++2e → H2
镀液中有足够的金氰络离子供应，阴极上就会不断得到金镀层。
3镀液配方及操作条件
用于生产的板面金(纯金)和硬金(耐磨金、厚金)镀液，多以商品形式供应。
典型镀金液配方及操作条件见表8-4。
4 镀液配制
1)配液前的准备
镀金液所需化学晶应选用分析纯试剂，水需要用去离子水。
镀槽最好用聚丙烯(PP)材料，镀槽清洗时需连同过滤设备一起清洗。清洗方法：镀槽先用除油剂擦洗干净，之后，用10％NaOH浸4小时以上，水洗，再用5％(V／V)H2SO：浸洗4小时以上，水洗，去离子水洗。这个过程应与过滤机清洗同时进行。
2)镀槽内加入1/3容积的去离子水，加入商品开缸剂或金盐以外的其他化学品，搅拌均匀，加去离子水到接近工作容积，调整温度到工作温度，将炭芯放人过滤机中，过滤2小时。
3)加入预先溶解在热去离子水中的金盐，搅拌均匀。
4)测pH，调液位，温度。试镀。
5镀液中各成分作用和操作条件的影响
5．1 氰化金钾KAu(CN)2：
氰化金钾是镀金液的主盐，含金量68．3％。金盐浓度太低，镀层沉积速度慢，色泽呈暗红色。提高镀液中金的浓度，可提高电流密度范围，提高金的沉积速度，镀层光亮度、均匀度都得以改善。
5．2 镀液比重
镀金液由于金盐浓度低，需要大量的导电盐来支持电极过程的进行，导电盐的浓度可通过镀液的比重来反映。
商业配方中，板面金镀液的比重Be°10-15，硬金镀液的比重Be°15-20。镀金液使用初期，镀液比重用低限，随着使用时间延长镀液中杂质的累积，镀液比重应相应提高。镀液的比重可通过补加导电盐升高。
5．3 pH
提高pH有利于提高镀层中的金含量，有利于降低镀层内应力，而且允许在比较高的电流密度下操作。
5．4温度
对不同的镀金液，温度应控制稳定。一般讲，升高温度可提高电流效率和提高合金镀层中金的含量；降低温度，可以降低镀层内应力，降低硬度，降低镀层中合金含量。但金钴合金的镀液切忌温度局部过热，防止CO2+转化为无效的CO3+。
5．5电流密度
弱酸性镀金液一般阴极电流效率30-40％，阴极上不可避免的有氢气析出。电流密度一般控制在1 A／dm2左右。当然镀液的沉积速度除与电流效率有关外，与镀液中金含量、温度、pH都有关。
5．6阳极
薄金镀液如板面镀金可使用不锈钢阳极，为延长镀液寿命，需选用优质不锈钢，如进口型号316不锈钢，相当于国产Crl8Ni2M02或Crl8Ni2M03。国产Crl8Ni9Ti不锈钢成分更接近进口304不锈钢，而304不锈钢不适于作阳极。
厚金镀液应使用不溶性活性阳极，如钛(Ti)上镀铂(h)和钛(Ti)上镀韦了(Ru)。近年来钛上镀钌的阳极由于其价格低，使用寿命长，而备受青睐。
5．7过滤和搅拌
镀金液应连续过滤，使用1 μm的PP滤芯。连续过滤及时净化了镀液，又带来了溶液的流动，有利于电极过程进行。镀金液不可使用空气搅拌。
在酸性镀金液中。溶液的pH、操作温度和电流密度的变化对镀层性能的影响趋势见图8-l。图中，以箭头表示变化趋势，实际的变化呈曲线状态。
6镀液维护
1)镀金槽应配有安分计和连续过滤机。根据安分计提供的数据并考虑到镀液携带的损失，及时补加金盐。金盐应事先溶解在热去离子水中，然后加入镀液。以少加勤加为好。
2)金盐质量至关重要，质量差的金盐会导致镀液混浊，镀层质量差。
3)经常检查和调整镀液的PH和比重。
4)工件进槽前应清洗彻底，避免将镀镍液带人镀金槽。过量的镍污染可用除杂水除去。
5)有机污染应尽量避免，绝缘用的油墨一定要彻底固化。有机物污染将导致结合力差，易变色等，处理方法是用优质炭滤芯处理2小时以上。镀金液污染及其影响见表8-5。
7不合格镀层的退除
不合格的金镀层可用含氰化物50-60 g／L的碱性退金液退除。这种退金液退金速度快且不伤害镍基体，溶金量可达25 g／L，操作温度30-50吧。退金后的镍镀层经过活化后可继续镀金。
8镀金层常见故障及纠正方法(表8-6)
9电镀镍／金的工艺流程
9．1板面镀金：
图象转移后的印制板→酸性除油→微蚀→活化→镀铜→活化→镀应力镍→镀板面金
某些PCB板，在经过微蚀、活化后，镀光亮镍再镀板面金。
9．2插头镀金
经热风整平或热熔后的印制板，在插头镀金前须将非镀金部分绝缘，再进行下面工序：
酸性除油→微蚀→活化→镀低应力镍→予镀金→镀硬金(耐磨金或厚金)。
第九节有机助焊保护膜
1概述
随着表面贴装技术(SMT)的广泛应用，对印制板焊盘的平整度及板面翘曲度的要求越来越严格，而细导线、细间距的印制板对其制作技术也提出了更高的要求。但传统的热风整平(HASL)工艺存在以下缺点：
1)焊盘不平整，致使SMT贴片时易偏离，造成错位或短路；
2)受热风整平操作时高温热冲击，印制板板面易产生翘曲；
3)受热风整平操作时的热冲击，细导线易断裂造成断路，细间距的导线间容易产生桥接以至短路；
4)焊料与铜间易形成晶间化合物，易脆；
5)操作时的高温和噪声不利于环保，同时还存在火警的隐患；
6)生产费用高。
九十年代出现的铜表面有机助焊保护膜(OrganicSolderability Preservative简称OSP)技术，是通过将裸铜印制板浸人一种水溶液中，通过化学反应在铜表面形成一层厚度0．2~0．5μm的憎水性的有机保护膜，这层膜能保护铜表面避免氧化，有助焊功能，对各种焊剂兼容并能承受三次以上热冲击。数年来的应用，已日益广泛，成为热风整平工艺的替代工艺。该工艺特点：
1)表面均匀平坦，膜后0．2~0．5μm，适于SMT装联，适于细导线、细间距印制板的制造；
2)水溶液操作，操作温度在80~C以下，不会造成基板翘曲；
3)膜层不脆、易焊，与任何焊料兼容并能承受三次以上的热冲击；
4)避免了生产过程的高温、噪声和火警隐患；
5)操作成本比热风整平工艺低25-50％。
6)保存期可达一年，并且易于返修。
铜表面有机助焊保护膜分为两种类型：溶剂型和水剂型。
1)溶剂型：也就是目前单板面生产中广泛应用的松香型预涂助焊膜。在松香基的预涂助焊剂中添加如咪唑类的化合物，涂于裸铜板表面上形成防氧化助焊膜。膜层厚度3~5μm，用探针不易刺透，不利于探针对其进行电气性能测试，并且必须在波峰焊及印焊膏前将其除去。由于膜层内含有溶剂和松香，容易出现发粘的现象，好像干不透一样，也不易清洗。这种工艺主要用于单面板生产。
2)水剂型：根据膜层能承受热冲击次数不同，水剂型工艺分为能承受一次热冲击和能承受三次热冲击两种。
将含有苯骈三氮唑(Benzotriazole，简称BTA)，咪唑(Imidazole)，烷基咪唑(Alky-Imidazole)，苯骈咪唑(Benzimidazle)等化合物的水溶液与铜表面作用，这些化合物中的氮杂环与铜表面形成络合物，这层保护层防止了铜表面被继续氧化。但这层膜太薄，耐热性差，只能承受一次热冲击，而且保存期短。这层保护膜可用于取代松香-异丙醇的预涂助焊膜或可作为工序间的防氧化。
近年来引起广泛注意的有机助焊保护膜是能承受三次以上热冲击的保护膜，膜厚0．2~0．5μm可以代替热风整平工艺，并且比热风整平板更具优点。
20世纪90年代中期，著名的106 A有机助焊保护膜工艺，价格相当昂贵，由于近年来从业人员的努力，不仅国外大公司而且国内如：中南所、东方电化学等公司都能提供相应产品了。
2有机助焊保护膜的技术条件
OSP的技术条件见表9-1。
3有机助焊保护膜成膜原理和工艺
有机助焊保护膜在水溶液中生成该溶液的主要成分是烷基苯骈咪唑、有机酸防氧化剂并添加有Pb2+、Cu2+等离子。由于烷基苯骈咪唑与铜之间的络合反应以及烷基苯骈咪唑的直链烷基之间通过氢键和范德华力的双重作用，在铜表面生成烷基苯骈咪唑络合物膜，该络合物具有一定厚度并含有共轭苯环，具有优良的耐热性。Cu2+、Zn2+等金属离子加入到溶液中，在成膜过程中Cu、Zn填充于合成膜中生成烷基咪唑络合物，有助于提高合成膜的强度和耐热性。表9-2给出了溶液组成和操作条件。
2．1溶液中各成分的作用
2．1．1烷基苯骈咪唑
烷基苯骈咪唑是主要成膜物，成膜速度随着它的浓度的增加而加速。烷基苯骈咪唑的结构式如下：
式中R1，R'为烷基，Rl中C链应大于3，最好是C5-C6，以保证生成的膜层足够坚固。烷基苯骈咪唑的浓度0．1~2％(wt)，浓度低时成膜速度慢，浓度太高，超过其溶解度，烷基苯骈咪唑会形成油状物析出。
2．1．2有机酸
由于烷基苯骈咪唑难溶于水，有机酸的加入可以增加它在水溶液中的溶解度。适宜的有机酸如：甲酸、乙酸、乳酸等。加入量一般为2~5％(wt)，浓度过高会使沉积在铜表面的保护膜溶解，成膜速度减慢，可通过pH值调节控制。
2．1．3 pb2+
由于防氧化处理前，印制板要经过微蚀、活化，这样就难以避免有少量的S042-带人溶液。带人溶液的S042-将会与烷基咪唑结合成油状的烷基眯唑化合物的硫酸盐，影响铜表面保护膜的均匀性，还会显著降低保护膜的厚度。如果溶液中存在适量的Pb2'，可以与S042-反应生成PbSO4沉淀，此沉淀可以通过过滤除去。因此Pb2+是溶液的净化剂。
适于的Pb化合物有：Pb(NO3)2和Pb(CH3COO)2等，它们易溶于酸性水溶液中。pb2+浓度0．2~1 g／L为宜。资料报导，如果在溶液中加入卤族离子如NaC1或NH4Br，CuCl2或CuBr2时，效果更佳，卤族离子浓度0．2~1 g／L。
2．1．4 Cu2+和Zn2+的化合物
如果在含有烷基苯骈咪唑的处理液中添加Cu2+和Zn2+，Cu2+或Zn2+会填充到烷基苯骈咪唑的络合物保护膜中，提高了成膜速度和保护膜的耐热性。合适的化合物有：Cu(CH3COO)2，CuBr2，CuCl2，Zn(CH3COO)2等，其浓度为0．5~1．5 g／L。
3操作条件的影响
3．1 pH
溶液的pH值是成膜的重要条件，pH降低成膜速度下降，膜不能长厚，pH太低时甚至不能成膜。pH太高会造成烷基咪唑化合物的溶解度降低，溶液混浊甚至有油状物析出，造成膜层不均匀。调高pH用氨水，降低pH用甲酸或乙酸。为了得到厚度一致的膜层，pH变化应在±0．1，最好用pH计监测。
3．2温度
操作温度影响成膜速度，温度升高成膜速度加快，但会影响到膜层致密度。因此稳定的操作温度至关重要。能在常温下操作的配方是比较有利的。
3．3时间
操作初期的10~30秒内成膜厚度随着操作时间的增加，在40~90秒间，成膜速度减缓，到 90秒已无明显变化。操作时间可选择30~90秒。
3．4轧干、风力和烘干系统
水平机操作，轧干、风力和烘干系统，对成膜的均匀性，厚度有很大影响：
浸涂前段的吹干是非常重要的，水分带人浸涂溶液易造成板面成膜的减薄；吹干风的温度太低，易造成成膜温度的下降；吹干风的温度太高，易造成进料段的溶液结晶。由此，风力和烘干系统的控制尤为重要。
浸涂水溶性防氧化剂后轧干吹干段能够将多余的残液吹尽，中止其反应，否则后续的纯水将带走板面上多余的残液，而使此处的涂层偏薄，至使成膜外观不均匀。
4溶液维护(以商业配方3*为例)
1)前处理要保证板面清洁，无油污，无有机污染。微蚀后的印制板进人防氧化槽之前要注意清洗彻底。
2)操作温度维持在工艺范围，维持温度恒定成膜质量至关重要。
3)PH维持3．0~3．2。当pH升高溶液变混浊时，可以用乙酸调整，当pH太低时可用氨水调整。
4)溶液浓度维持在95~105％，可通过分析或通过加工5~6 M2后补加1 L新溶液来维护。液位损失也需要补加新溶液来调整。溶液要流动但不能有气泡。
5质量检测
1) 目视检测有机助焊保护膜外观应均匀一致，平整。
2)膜厚可通过分光光度计来检测。可通过目测，观察成膜半小时后板面是否变色，如果变色说明有机膜厚度不够，至使铜面被氧化。
3)可焊性检测可在不涂助焊剂的情况下，浸260℃的焊锡10秒，所有焊盘应着锡饱满，用钝器刮焊盘无锡脱落。也可在时效后涂助焊剂的情况下，浸260℃的焊锡10秒，所有焊盘应着锡饱满，用钝器刮焊盘无锡脱落。
6涂覆有机助焊保护膜的工艺过程
网印阻焊、字符及铣(或预铣)外形后的裸铜印制板，可通过以下工艺流程获得有机助焊保护膜。
酸性除油(42~49℃) →水洗(30S) →微蚀(Na2S2O8120~140 g／L，H2SO42％(V／V)，21~35~℃) →水洗→稀硫酸(H2SO45％(V／V)) →水洗→纯水洗→辊吸水→风刀→防氧化工艺(25~33℃，30~90S) →辊吸→风刀→纯水洗→辊吸干→烘干(60~80℃)
使用水平式设备或竖直式手工操作，其各工序间的操作时间有所不同。各供应商提供的溶液在操作过程中各有特点。
7故障及处理
操作过程中常见故障及处理方法见表9-3。
8 设备要求
有机助焊保护膜的涂覆工艺多采用水平式自动线设备(图9-1)，也可以用竖直式的手工操作。对设备的基本要求：
1)微蚀，除油段喷淋要通畅，过滤网无堵塞，贮液槽工作一般不低于145 L，工作液可选200 L。
2)涂覆工作液总量可选370 L。贮液槽工作液不低于260 L，过滤网无堵塞，操作间隔时要清除槽体四壁的凝聚物。
3)工作位应设有排风。
4)设备运转稳定可靠，各部分传动辊无结垢无粘附。
第十节化学镀镍、化学镀金
1概述
化学镀镍、化学镀金工艺在印制板涂覆阻焊膜(绿油)之后进行。化学镀镍金层既适用压焊(wirebond又称打线、邦定)，又适用高温焊接。
化学镍金镀层向PCB板提供了集可焊、导通、散热功能于一身的理想镀层，由于无电沉积的化学镀层，镀层厚度均匀一致性可达施镀的任何部位，并且设备与操作都不复杂。因此近年来化学镀镍金十分热门，该工艺用于笔记本电脑，手机板及其他各种多层薄型卡板的表面涂层。
对化学镍金层的最基本要求是可焊性和焊点的可靠性，尤其是对需经受二至三次焊接的镀层。
就该镀层的实质而言，化学镀镍是主体，化学镀金只是为了防止镍层的钝化而存在。化学镀镍层厚度3~5μm，含磷6~10％，无定形结构，非磁性。化学镀金层纯度99．99％，薄金层(又称浸金、置换金)，厚度0．025~0．1μm。化学镀厚金层(又称还原金)0．3~1μm，一般在0．5μm左右，镀层硬度HVO．1 60，它应在薄金层上施镀。
2化学镀镍、金的工艺流程及镀前处理
2．1工艺流程
典型的化学镀镍金工艺流程如下： 有阻焊膜的裸铜板→酸性除油→热水洗→水洗→微蚀→水洗→予浸→活化→水洗→化学镀镍→水洗→纯水洗→化学镀薄金→水洗→纯水洗→化学镀厚金→水洗→热纯水洗→干燥
对不需要镀厚金的PCB板，在浸金后，可转入水洗、热纯水洗、干燥工序。
2．2酸性除油
对酸性除油液的要求是除油能力强，且易于水洗。溶液组成有柠檬酸型和硫酸型两种，并含有非离子型表面活性剂。
处理温度20~35℃或40~60℃，(根据供应商提供的条件决定)，时间2~5 min，溶液应备有空气搅拌和连续过滤。一般溶液处理面积可达10 m2／L，当溶液中Cu2+≥350 mg／L，应更换溶液。
2．3微蚀：
过硫酸钠(SPS)是一种蚀速比较稳定的铜表面微蚀剂。溶液成分：SPS 100~150 g／L，H2SO41~2％(V/V)。也可用H2O2-H2SO4微蚀液。
操作温度20-30℃，时间1~2 min，蚀铜量0．5~1μm，溶液应配有空气搅拌。溶液维护量每平方米板面需外加SPS 60 g和H2SO45 ml。当溶液中Cu2+>20 g／L时，需更换溶液。
2．4活化
活化由予浸→离子钯活化两个工序组成。
预浸液是H2SO41％(V／V)，常温，0．5 min，当溶液中Gu2+ ≥500 mg／L时需更换，或与钯水同时更换。
活化液是离子钯的活化液，是为解决铜上不能直接化学镀镍而专门设计的，对它的要求是铜表面有一层结合牢固的钯而非铜表面则没有并且易于清洗掉。活化液有盐酸型和硫酸型两种，Pd浓度10~100 ppm，现在一般用25~50 ppm，而且硫酸型活化液，对克服渗液有明显效果。
钯水操作条件：25-30℃，1~5 min，有阻焊膜的板和无阻焊膜的板操作时间不同。溶液用 5lam滤芯连续过滤，每升大约可处理5~10 dm2，当Cu2+达到50~100 mg／L时，需要更换。
3化学镀镍
化学镀镍工艺广泛用于金属和非金属表面处理行业，依据不同的基体，化学镀镍可以在酸性、中性、碱性溶液中进行。但PCB板化学镀镍只能在酸性溶液中进行。近代的酸性化学镀镍始于1946年，而用于PCB的用途仅有20余年的历史。它们是以次磷酸钠为还原剂的中磷镀层。
化学镀镍所用还原剂有次磷酸钠、氨基硼烷、肼等，化学镍镀层的组成，依还原剂不同也不同，如以次磷酸钠为还原剂可达含P 4~14％，以氨基硼烷为还原剂可达含B 0．2~5％，以肼为还原剂可得含Ni 99．5％以上的镀层。
3．1化学镀镍机理
以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍溶液中，次磷酸根离子H2PO2-在有催化剂(如Pd、Fe)存在时，会释放出具有很强活性的原子氢。在原子氢析出机理提出不久，于1959年，W．Machu提出了电子还原机理：
催化
H2PO2-+H2O→H2PO3-2H++2e
Ni2++2e→Ni
H2PO2-+2H++e→2H2O+P
2H++2e→H2↑
新生态的Ni和P：
3Ni+P→Ni3P
从机理来看，化学镀镍过程中，产生大量H+使溶液pH降低，同时也产生氢气，故有大量气泡逸出。就印制板化学镀镍而言，在沉镍过程中产生大量H+，而H+存在于阻焊层与铜的介面处，在高温条件下(80~90℃)，H十的大量产生会破坏阻焊层，严重时导致阻焊层起泡。所以需要选择操作温度比较低，反应速度适中的镀液，尽量减少H+的大量生成。
由于化学镀镍层处于元件脚与铜焊盘之间，它的可焊性对于连接点的强度至关重要；又由于元件与印制板基材的热膨胀系数不同，为保证焊点连接的可靠性，要求化学镀镍层有较高的延伸率。因此，需要选择合适的化学镀镍工艺来满足印制板对化学镀镍层的要求。
3．2化学镀镍层的含磷量
化学镍镀层的含P量，对镀层可焊性和耐蚀性至关重要。资料表明以含P量7~9％为宜。
含P量太低，镀Ni层耐蚀性差，易钝化。而且在腐蚀的环境中由于Ni／Au的腐蚀原电池的作用，会对Ni／Au间的Ni表面层产生腐蚀，生成Ni的黑膜(NixOy)，这对可焊性和焊点可靠性极为不利。P含量高，镀层抗蚀性提高，可焊性也可以改善。
3．3化学镀镍配方和操作条件
化学镀镍配方及操作条件见表10-1
3．4镀液中各成分的作用
1)镍盐：镍盐是镀液中的主盐，以硫酸盐为主，也有用氯化镍、乙酸镍等。镀液中Ni2+浓度升高，并不一定会使沉积速度加快，反而会使镀液稳定性降低，易出现粗糙镀层。Ni2+浓度太低导致沉积速度降低，浓度波动最好不超过10％。
2)还原剂：次磷酸钠为还原剂，它的浓度太高使镀液易分解，浓度太低导致镀层沉积速度太低。可通过控制Ni2+／H2PO2-的比值来把握。
3)络合剂：络合剂能使Ni2+生成稳定的络合物，同时可防止生成氢氧化物或亚磷酸盐沉淀。柠檬酸、羟基乙酸、乳酸等是常用的络合剂。
4)稳定剂：稳定剂可提高化学镀镍液的稳定性，防止自分解。微量硫代硫酸盐、硫脲、焦亚硫酸钾等可作为稳定剂使用，但用量不能过量，否则会引起相反的效果。
5)加速剂：加速剂的作用是提高镍的沉积速度，如：琥珀酸，碱金属氟化物(N9P)等。
6)缓冲剂：缓冲剂的作用是维持PH值的稳定，如：NaAc，H3BO3，NaF等。
7)润湿剂：为降低界面表面张力，改善表面润湿状态，需要加入聚氧乙烯脂肪醇醚等表面活性剂。
商业配方中将以上诸因素调整配合到最佳状态，给出一个稳定且可操作的化学镀镍液。
3．5操作条件的影响
当镀液配方选定以后，严格控制操作条件才能得到满意的化学镍镀层。
1) PH：化学镍pH一般控制在4．6~4．8
pH低，反应速度低，镀层中P含量升高。当pH≤3时，沉镍反应停止。pH升高，反应速度提高，镀层中P含量降低，当pH=6时，溶液中的H2PO2-会自发转化为H2PO3-,进而生成难溶的磷酸镍，使溶液混浊并失效。
2) 温度：对PCB板镀化学镍而言，尽可能低的操作温度是有利的。不同镀液的操作温度不同，由于温度对沉积速度至关重要，最好控制操作温度±0．1℃
3)搅拌：化学镀镍可采用空气搅拌，工件移动(移速0．5~1 m／min)和连续过滤(1μm滤芯)，不宜用超声搅拌。
3．6镀液维护
1) Ni2+的补充：可根据分析也可根据加工板面积测算进行补充。Ni2+浓度应控制在最佳浓度的±10％，故要及时补充。补充时液温应在70℃以下。
化学镀镍溶液的寿命以周期计算，一般在6周期以上，有些也可达到8~10周期。所谓"周期"是以镍的补充量而言，当镍补充量累积达到开缸时镍含量时，即为一个周期。例：新缸中，Ni2+浓度4．5 g/L在操作过程中通过数次补充，当补充量达到9 g／L Ni2+时，既认为寿命已达2周期。，PCB板化学镀镍因污染因素比较多，一般使用周期在4~5周期以下。
2)PH调整应及时，降低pH用10％H2SO4，升高pH用10％NaOH或氨水。
3)温度应控制在±1℃。为防止镀液局部过热，不以选用大功率的电加热器，溶液要加强搅拌。
4)过滤：溶液需要用1μm的PP滤芯进行循环过滤，以保持溶液的净化。若不能连续过滤，也应在工作完毕后过滤镀液。
5)工件进缸前要清洗彻底，减少不必要的污染。一次连续工作完毕后要用1：1HNO，清理槽壁，以保持溶液清洁。
6)化学镀镍液的装载量不可过多，也不可过少，一般以0．5 dm2／L为宜。
7)镀液的污染：Cd、Pb、Sn、Cr、S都会污染和毒化溶液，应在操作过程中尽量避免。
3．7故障及处理
PCB板化学镀镍易出现的问题多是漏镀、渗镀、搭接。见表10-2
4化学镀金
用于化学镀金的工艺有两种：化学镀薄金和化学镀厚金。化学镀镍薄金工艺，既适于锡焊，又是铝基导线压焊的理想表面，化学镀镍厚金工艺提供了金丝导线压焊的理想表面。
4．1化学镀薄金工艺
化学镀薄金又称浸金、置换金。它直接沉积在化学镍的基体上。其机理应为置换反应：
Ni+2Au(CN)- → 2Au+Ni2++2CN-
Ni和Au的电极电位相差很大，Ni可以置换出溶液中的金，当镍表面置换金后，由于金层多孔隙，其孔隙下的镍仍可继续置换，但反应速度减慢直至镍全部被覆盖为止。因此这层金的厚度仅为0．03~0．1μm，不可能再增厚。
既然是置换过程，为保证金层与基体的结合力，就需要调整镀液成分以达到理想的效果。当前生产中所用的镀液以商业配方为主，见表10-3。
商业配方的工作液寿命，一般达2-3周期。当浸金液中Ni>500 ppm时，外观和结合力变差，溶液需要更换。
4．2化学镀厚金工艺
化学镀厚金是在化学浸金的镀层上进行，镀液中加人特殊的还原剂，使在置换与自催化作用下镀金。镀层厚度达0．5~1μm，是金线压焊的理想镀层。有特殊要求也可镀2μm。美国IPC-6012(1996)规定用于焊接的金层厚度为0．8μm(最大值)。化学镀厚金工艺见表10-4。
第十一节 化学镀锡
PCB裸铜板化学镀锡也是近年来受到普遍重视的可焊性镀层。
1化学镀锡机理
铜基体上化学镀锡从本质上讲是化学浸锡，是铜与镀液中的络合锡离子发生置换反应，生成锡镀层，当铜表面被锡完全覆盖，反应即停止。
普通酸性溶液中，铜的标准电极电位0Cu=0．51 V，锡的标准电极电位0Sn2+／Sn=-0．136 V，故金属铜不可能置换溶液中的锡离子而生成金属锡。在有络合物(例如硫脲)存在的情况下，硫脲与Cu+生成稳定的络离子，从而改变了铜的电极电位，可以达到-0．39 V(推导过程略)，使铜置换溶液中的锡离子成为可能。此时：
化学反应式(1)可以向右进行，直至铜表面被锡完全覆盖。
2化学镀锡工艺
化学镀锡层需要有良好的可焊性，并且在高温老化或受潮湿后仍能保持良好的可焊性能。
镀液中的主盐，可以是SnCl2或烷基磺酸锡等，由于Sn2+容易被氧化成Sn4+，故溶液保存期短，稳定性差。近年来生产用化学镀锡液，多为专利配方，镀液不含氯，不含氟，对绿油的腐蚀性小，镀液稳定性较好。镀锡工艺见表1l-1。
3化学镀锡工艺的流程
酸性除油→微蚀→稀硫酸→予镀→浸锡→热水→中和
第十二节 化学镀银
化学镀银层既可以锡焊又可"邦定"(压焊)，因而受到普遍重视。化学镀银层其本质也是浸银，铜的标准电极电位0Cu+／Cu=0．51 V，银的标准电极电位0Ag+／Ag=0．799 V，故而铜可以置换溶液中的银离子而在铜表面生成沉积银层：
Ag++Cu→Cu++Ag
为控制反应速度，溶液中的Ag+会以络离子状态存在，当铜表面被完全覆盖或溶液中Cu达到一定浓度，反应即告结束。
商品化学镀银药水已面世，乐思和上村旭光公司都有商品供应。在PCB的裸铜上化学沉银的工艺过程如下：
酸性除油→水洗→微蚀→水洗→予浸→化学→沉银→水洗→干燥
各主要工序份述如下：
1) 酸性除油：除去铜表面的油污、手指印、油脂，蚀铜约0．5μm。
2) 微蚀：铜表面的光亮整平如何直接影响到沉银层的外观。微蚀以H2O2-H2SO4为佳，蚀铜1．5μm左右，该溶液应维持在Cu2+<5 g／L，Cl-<5 ppm。
3)予浸：是在不含Ag的空白的溶液中予浸30秒左右，为保护浸银液和改善镀层质量。溶液pH6~7，Cu2+<0．5 g／L，Ag+<10 ppm，30~40℃。
4)浸银：本液含Ag 0．5~0．6 g／L，pH 6．5~7，43~53℃，时间3 min。用XRF测定的Ag层厚度0．05μm。溶液中杂质Cu2+<0．5 g／L，超过应弃之。
该工艺对C1-敏感，因此使用的清洗水应保持导电率<5μS。
第十三节 化学镀钯
化学镀Pd是PCB板上理想的铜、镍保护层,它既可焊接又可"邦定"。它可直接镀在铜上，而且因为Pd具有自催化能力，镀层可以长厚。其厚度可达0．08~0．2μm，它也可以镀在化学镍镀层上。Pd层耐热性高，稳定，能经受多次热冲击。
在组装焊接时，对Ni／Au镀层，当镀金层与熔化焊料接触后，金被熔与焊料中形成AuSn4，当焊料中重量比达3％，焊料会发脆影响焊点可靠性，但被熔的焊料不与Pd形成化合物，Pd漂浮在焊料表面，很稳定。
由于Pd的价格贵过金，在一定程度上限制了它的应用。随着IC集成度的提高和组装技术的进步，化学镀Pd在芯片极组装(CSP)上将发挥更有效的作用。
本文摘自《电子电路与贴装》
深圳市圣维健化工有限公司 韩书梅
第五节热风整平
第六节锡铅合金镀层的热熔
第七节 电镀镍
1 概述
镍，元素符号Ni，原子量58．7，密度8．88g/cm3，Ni2+的电化当量1．095g／AH。
用于印制板的镍镀层分为半光亮镍(又称低应力镍或哑镍)和光亮镍两种。主要作为板面镀金或插头镀金的底层，根据需要也可作为面层，镀层厚度按照IPC-6012(1996)标准规不低于2~2．5 μm。镍镀层应具有均匀细致，孔隙率低，延展性好等特点，而且低应力镍应具有宜于钎焊或压焊的功能。
2 低应力镍
2．1镀镍机理
阴极：在阴极上，镀液中的镍离子获得电子沉积出镍原子，同时伴有少量氢气析出。
Ni2++2e+Ni 0Ni2+／Ni=-0．25V
2H++2e+H2 0Ni2+／N2=-0.0V
虽然Ni的标准电极电位很负，但由于氢的过电位以及镀液中镍离子的浓度、温度、pH等操作条件的影响，阴极上析出氢极少，这时镀液的电流效率可达98％以上。只有当pH很低时，才会有大量氢气析出，此时阴极上无镍沉积。
阳极：普通镀镍使用可溶性镍阳极。阳极的主反应为金属镍的电化学溶解：
Ni-2e→Ni2+
当阳极电流密度过高，电镀液中又缺乏阳极活化剂时，阳极将发生钝化并伴有氧气析出：
2H20-4e→02↑+4H+
当镀液中有氯离子存在时，也可能发生析出氯气得反应：
2C1--2e→C12 ↑
阳极上金属镍电化学溶解使镍离子不断进入溶液，从而提供了阴极电沉积所需的镍离子。但当阴极面积不够大或镀液中活化剂不够时，将导致阳极钝化而析出氧，生成的氧进步氧化阳极表面，生成棕色的Ni203氧化膜。
2Ni+3[O] →Ni2O3
由于阳极钝化，使电流密度降低，槽电压升高，电能损失增加。
当使用高速镀镍工艺时，阳极采用非溶性材料如：铂、钛上镀铂网或钛上镀钌网，也可以采用含硫的活性镍阳极。
2．2镀液配方及操作条件
镀液配方及操作条件见表7-1。
2．3镀液配制
1)在备用槽中，用热去离子水溶解计量的硫酸镍、氯化镍和计量1/2的硼酸。
2)加热至55~60℃，加活性炭3 g/L，搅拌2h，静置2h，过滤，将无炭粒的溶液转人已清洗干净的工作槽中。
3)搅拌下，加入其余量硼酸，调pH到3．0，在55-60℃下，用瓦楞形阴极，在0．3~0．5 A／dm2下电解，直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止。一般通电量需达4 Ah/L。
4)加入添加剂和润湿剂，搅拌，调pH及液位，分析镀液成分。试镀。
如果所用硫酸镍、氯化镍等材料纯度低，则需在加活性炭之前，先加H2O21~3 ml／L，搅拌半小时，加热至65℃，保持半小时，再加活性炭并继续按步骤进行。
2．4各成分作用
2．4．1主盐
硫酸镍或氨基磺酸镍是镀镍溶液的主要成分，在普通镀镍中，控制Ni2+浓度65-75 g／L。表7-2中列出了这两种类型镀液所镀出镀层的主要性能比较。从表中看出，以氨基磺酸盐型的低应力镍镀层的性能更佳。但氨基磺酸镍稳定性较差，价格较贵。而用硫酸镍为主盐也能达到技术要求。
提高主盐浓度，可以提高镀层的沉积速度，并能使允许电流密度范围扩大，但主盐浓度太高会导致镀液分散能力降低。主盐浓度降低导致镀层沉积速度降低，严重时会导致高电流区镀层烧焦。
2．2．4阳极活化剂
为了保证阳极正常溶解，防止阳极钝化，镀液中需要阳极活化剂。镍的卤族化合物如：氯化镍、溴化镍等可以作为镍阳极活化剂。氯化镍浓度不能太高，否则会使镀层应力增加，一般以氯化镍不大于30 g／L为宜；以溴离子作阳极活化剂，它的浓度升高影响不大，但溴化物原料来源不如氯化镍方便。
阳极钝化有以下现象：
1)槽电压升高，一般可达6V以上，但电流却很小。
2)阳极表面气泡较多，有时会有刺激性气味，甚至表面呈褐色。
造成阳极钝化的主要原因：
镀液中阳极活化剂浓度太低。
阳极面积太小。
此时，将溶液和阳极面积调整后，将阳极取出，经稀硫酸处理后，洗净重新放人镀液。
2．4．3缓冲剂
硼酸是镀镍溶液最好的缓冲剂。它可以将镀液的酸度控制在一定范围之内，为了达到最佳缓冲效果，硼酸浓度不能低于30g／L，最好保持在40-50g／L。
H2BO3的缓冲作用是通过H2BO3的电离来维持的，H2BO3是一种弱酸，它在水溶液中电离反应如下:
H2BO3 与 H++H2BO3-
H2BO3 与 H++HBO32-
HBO32 与 H++BO33-
当溶液pH上升时，电离平衡向右进行，维持了溶液pH值的稳定；当溶液pH下降时，使电离平衡向左进行，同样维持了溶液pH的稳定。
硼酸不仅具有pH缓冲能力，而且它能提高阴极极化，改善镀液性能，使在较高的电流密度下，镀层不易烧焦。硼酸的存在也有利于改善镀层的机械性能。
2．4．4添加剂
添加剂的加入，改善了镀液的阴极极化，使镀层均匀细致并具有半光亮镍的光泽，同时改善了镀液的分散能力。
添加剂的主要成分是应力消除剂，由于添加剂的加入，降低了镀层的内应力，随着添加剂的浓度变化，可以使镀层内应力由张应力改变为压应力。能起到这种作用的材料有如：萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等。添加剂成分选配合适，可以使镀层均匀细致有光泽并且可焊性好。
2．4．5润湿剂 润湿剂能降低镀液的表面张力，使表面张力降至35-37 dyn／cm，这有利于消除镀层的针孔、麻点。用于印制板的镀镍溶液宜使用低泡润湿剂，如：二乙基已基硫酸钠、正辛基硫酸钠等。
2．5操作条件
2．5．1 pH值
pH控制在3．5~4为宜。当pH一定时，随着电流密度增加，电流效率也增加。pH高，镍的沉积速度快，但pH太高将导致阴极附近出现碱式镍盐沉淀，从而产生金属杂质的夹杂，使镀层粗糙、毛刺和脆性增加。pH低些，镀层光泽性好，但pH太低导致阴极电流效率降低，沉积速度降低，严重时阴极大量析氢，镀层难以沉积。
使用可溶性阳极的镀液，随着电极过程的进行，镀液pH逐渐升高。使用不溶性阳极的镀液，由于阳极析氧，使镀液中OH-浓度减少，从而pH会降低。
降低镀液pH用10％(V／V)H2S04；提高镀液pH用碳酸镍或碱式碳酸镍。提高镀液pH不宜用N。OH，因为钠离子在镀液中的积累会降低电流密度上限，容易导致高电流区镀层烧焦。碳酸镍的加入方法最好是将它放人聚丙烯的滤袋并挂在镀液中，使其缓慢溶于镀液中，且不可将固体物直接放入镀液中，当pH达到要求后，取出滤袋，洗净后烘干备用。当市售碳酸镍难以购到时，可以自己制备：将3份重量的硫酸镍与1．3份重量的无水碳酸钠分别用少量去离子水溶解，在搅拌下将碳酸钠溶液慢慢倒人硫酸镍溶液中，反应方程式如下：
NiSO4+Na2CO， → NiCO3 ↑ +Na2SO4
待沉淀完全后，过滤，用去离子水洗涤沉淀数次，以去除硫酸钠，沉淀即可使用。
2．5．2温度
操作温度对镀层内应力影响较大，提高温度可降低镀层内应力，当温度由10-35℃时，镀层内应力有明显降低，到60℃以上，镀层内应力稳定。一般维持操作温度55~60℃为宜。
镀液操作温度的升高，提高了镀液中离子的迁移速度，改善了溶液的电导，从而也就改善了镀液的分散能力和深镀能力，使镀层分布均匀。同时温度升高也可以允许使．用较高的电流密度，这对高速电镀极为重要。
2．5．3电流密度
在达到最高的允许电流密度之前，阴极电流效率随电流密度的增加而增加。在正常的操作条件下，当阴极电流密度4 A／dm2时，电流效率可达97％，而镀层外观和延展性都很好。对于印制板电镀，由于拼板面积比较大，至使中心区域与边缘的电流密度可相差数倍，所以实际操作时，可取操作电流密度2 A／dm2左右为宜。
镀层沉积速度与电流密度关系见表7-3。
2．5．4搅拌
搅拌能有效地清除浓差极化，保证电极过程持续有效地进行，同时也有利于阴极表面产生的少量氢气很快逸出，减少可能出现的针孔、麻点。搅拌方式可采用：镀液连续过滤、阴极移动和空气搅拌，或者选择其中的两者相配合。对于高速镀镍，其电流密度高达20 A／dm2以上，为了更好的清除浓差极化，应配有镀液喷射的专用设备。
镀液连续过滤是必要的，它可及时清除镀液中的机械杂质，又能保持镀液流动。过滤机的能力以满足每小时过滤镀液2~5次为宜，滤芯用聚丙烯材料，精度以5μm为宜。
若采用阴极移动，振幅20~25 mm，15~20次／min。
若采用空气搅拌，则必须与连续过滤相配合，所供的压缩空气应是无油压缩空气，气流中速，如果空气量太大，导致溶液流动太快，将降低镀液的分散能力。
2．5．5镍阳极
常规镀镍均采用可溶性镍阳极，可以使用镍板或装在钛篮中的镍角，并用吊钩将阳极悬挂在阳极杆上。
理想的阳极要能够均匀溶解，不产生杂质进入镀液，不形成任何残渣。因此对阳极材料的成分及阳极的结构都有严格的要求。
目前采用盛有镍球(角)的钛篮作为阳极已相当普遍。使用钛篮盛阳极材料可以保持足够大的阳极面积而且不变化，阳极保养也比较简单，只要定期将阳极材料补人篮中。钛篮底部应高出槽底50-70 mm，以避免阴极边缘因电力线过于集中而使镍镀层烧焦。使用钛篮还可利用适当的遮蔽法调整阳极的有效面积来改善阴极镀层分布，如图7-1所示：图中左方所示镀层厚度中部与边缘差距48-50％，而在图中，由于阳极有遮蔽板使阴极镀层厚度均匀。
钛是很好的阳极篮结构材料，它强度高、质轻、耐蚀而且表面有层氧化膜，此膜在正常电镀条件下，可以阻止电流通过钛篮而使电流直接通向钛篮内的镍，但镍量不够时，钛就会受到浸蚀，所以应经常充实篮内的阳极镍材防止"架空"。钛篮常用网目是10x3 mm，也有用更宽的。钛篮应装入聚丙烯材料织成的阳极袋内，阳极袋必须适度套紧并有正确的长度，阳极袋口应高出液面30-40 mm，以防阳极泥渣析出。为防止阳极袋受到意外伤害而使阳极泥渣泄出，可以使用双层袋，这样内袋要套紧，外袋要松些。
高质量的的镍阳极对保护镀层的质量，延长镀液寿命十分重要。随着钛篮的出现，阳极镍的品种也在改进和提高。现在常用的有25x25x15 mm镍块，有96-12 mm的镍球，还有022-10 mm形如钮扣状的镍饼。装载密度一般是：镍球5．4~6 ks／dm3,镍饼4．6 kS／dm3。
还有一种含硫镍阳极是活性镍阳极，它的形状如圆饼或球形，它的活性来源于精练过程所加人的少量的硫，它能使阳极溶解均匀，即使在没有氯化物的镀液中，也能使阳极效率达100％，阳极所含的硫并未进入镀液而是以不溶性硫化镍残渣形式保存在阳极袋中。该硫化镍残渣还可吸附镀液中的铜离子而帮助净化镀液。这种活性镍阳极更适于作高速电镀的阳极。球形或饼状阳极都是用于自动线操作。
阳极材料的成分应符合国家标准GB 6516-86，其它标准如IS06283，ASTMB39，都制定了相应的材料标准。典型阳极板的化学成分见表7-4。
2．6镀液维护
1)定期分析镀液中的主盐成分并及时给以补充，以保持镀液成分稳定。选择高质量的硫酸镍、
氯化镍、硼酸或氨基磺酸镍至关重要。补人镀液中的主盐应预先溶解后经活性炭处理才可人缸，硼酸可直接加人缸中，加入方式最好是将它置人阳极袋中，使在镀液中缓慢溶入。
2)及时检查和调整镀液的pH值，一般每4小时至少检查调整一次。
3)添加剂根据安时数及时补充，最好能由赫尔槽试验配合补加。
4)镀液的主要污染来自于重金属离子和有机污染，要及时清除。
镀镍液的重金属污染主要是Cu2+，Fe2+，Zn2+，当Cu2+达0．01~0．05 g／L时，导致镀层低电流区发黑，严重时镀层无光亮，可焊性差。Pe和Zn的污染主要来源于主盐和阳极。当Fe2+0．03~0．05 g／L时，镀层发脆，产生针孔；当Zn2+0．02 g／L时，镀层低电流区出线条纹。以上重金属杂质可在操作温度下，调pH到3，以0．2~0．5A／dm2的电流用瓦楞形阴极通电处理，直至镀层在高低电流区颜色一至为止。小电流处理也会消耗添加剂，因此在小电流处理完成后，需检查并调整pH，同时补充适量添加剂。这项除杂工作应经常进行。也可以通过哑镍除杂水并伴有小电流处理重金属杂质。
有机污染来自干膜或网印油墨，特别是当油墨烘干不彻底时。有机杂质导致镀层发雾、发脆、针孔，严重时影响可焊性。少量的有机污染出现的针孔、麻点可通过补加润湿剂来克服，当这样做无效时，应对溶液进行炭处理。通过过滤机进行炭处理对镀液日常维护是必须的，这样还可以与小电流处理同时进行，达到一举两得。
5)镀液大处理：当镀液受到严重污染或经过较长时间使用后(如半年至1年)，有必要进行大处理。大处理就是通过化学、电化学和机械的方法，将溶液中的重金属和有机杂质比较彻底的清理一次，相当于镀液的再生。
处理方法如下：将溶液置人备用槽中，加足需要补充的主盐，加H2O2(30％)1~3ml／L,搅拌1至2小时，调pH到5．5，加温60-65℃，保温至少0．5小时，加优质活性炭粉3g／L，搅拌1-2小时，此时液温应在50℃以上，将溶液静置，过滤，将完全澄清的溶液转入工作槽中，调PH到3，以瓦楞形阴极通小电流处理，直至阴极上高低电流区颜色一致为止。大处理后，调整PH，补充开缸量的湿润剂和开缸量1/3-l/2添加剂，试镀。
2．7不合格镀液的退除
不合格镀层可以用铜基体镀镍的退镍液退除但要注意除膜，否则影响结合力。
2．8常见故障和处理方法
低应力镍的常见故障和处理方法见表7-5。
3 镀光亮镍
光亮镍镀层均匀、细致、光亮，但不可焊。与普通金属零件镀光亮镍相比，印制板镀光亮镍层要求有更好的延展性。
光亮度镍的溶液应具有很好的分散能力和深镀能力以及对杂质的容忍性强等特点，同时应稳
定，便于维护。
3．1镀液配方及操作条件
光亮镀镍工艺的通用配方及操作条件见表7-6。
3．2镀液配制
1)在备用槽中，用60℃左右的热纯水将计量的硫酸镍、氯化镍和1/2计量的硼酸溶解。
2)在60℃左右的溶液中，加入活性炭粉3g／L，搅拌1-2小时。静置，过滤，将澄清的无炭粒的溶液转入已经清洗好的工作槽中。
3)加纯水至接近镀液体积，调pH到3(用10％H2SO4)，调液温到50-60℃，用瓦楞形阴极以 0．2~0．5 A／dm2的阴极电流密度电解4-8小时，直至阴极镀层均匀一致为止。电解过程中逐渐加人另一半硼酸。电解处理的通电量一般不少于4 Ah／L。
4)按工艺要求加入添加剂、润湿剂，在搅拌下调整pH和液位。分析镀液成分。
5)试镀。
3．3镀液中各成分的作用
3．3．1硫酸镍(NiSO4·6H2O)
硫酸镍是镀液的主要成分。浓度以250-300 g／L为宜。硫酸镍浓度高，镀层沉积速度快，电流密度范围大，但浓度太高导致携带损失增加，也不利于镀液的分散能力。硫酸镍浓度太低。镀层沉积速度慢，高电流区容易烧焦。为了维持稳定的沉积速度，最好将硫酸镍浓度控制在较小的范围内，如280 g／L左右。
3．3．2氯化镍(NiCl2·6H2O)
氯化镍是阳极活化剂，氯化镍浓度高有利于提高阳极电流效率，保持阳极溶解正常进行，但浓度太高导致镀层应力增加。氯化镍浓度太低将导致阳极钝化。氯化镍浓度以50-70 g／L为宜。
3．3．3硼酸(H2BO3)
硼酸是镀液的缓冲剂，其浓度40-50 g／L为宜。硼酸浓度太低，影响溶液的导电率，同时镀液缓冲效果差；提高硼酸浓度，溶液导电率提高，镀层均匀度改善。硼酸浓度高对电镀过程无害。
3．3．4添加剂
光亮镀镍的添加剂分为初级光亮剂和次级光亮剂两种。初级光亮剂就是通常所说的开缸剂、柔软剂等，它的作用是改善和细化镀层结晶，使镀层分布均匀，并与次级光亮剂配合，降低镀层内应力。次级光亮剂就是通常所说光亮剂、主光剂等，它与初级光亮剂配合，使镀层光亮整平、均匀、细致，并且延展性好。单独使用次级光亮剂虽然可以获得光亮的镍镀层，但镀层光亮范围窄，应力高，脆性大。目前普遍使用的初级光亮剂是糖精、苯亚磺酸钠、对 甲苯磺酰胺等。广泛使用的次级光亮剂是1．4-丁炔二醇及其衍生物，丙炔醇及其衍生物及吡啶类化合物等。这类成分配合得当，就可成为理想的镀镍光亮剂。为了使用方便和得到最佳效果一般都配成专利添加剂在市场销售，使用者可以根据自己的需要选择性能好，价格合理的添加剂用于生产。
3．3．5润湿剂
润湿剂是表面活性剂，它可降低溶液的表面能力，减少或克服镀层出现的针孔、麻点等疵病。作为印制板镀镍，应选用低泡润湿剂，浓度一般1-5 ml／L。控制表面张力在35-40 dyn／em。
润湿剂太少，镀层出现针孔、麻点；润湿剂太多会导致镀层发雾、发花。甚至构成有机污染。
3．4操作条件的影响
3．4．1 pH值
光亮镀镍的pH值一般在4左右。pH太高，镀层脆性会增加；pH太低，阴极电流效率低，严重时，阴极析出大量氢气而无镀层析出。
3．4．2温度
温度控制在50-60~C，提高温度镀层沉积速度加快，允许电流密度范围扩大，且镀层内应力低，镀液分散能力和深镀能力都得到改善。为了得到最佳镀层，镀液最好配有控温装置，保持液温稳定。
3．4．3电流密度
光亮镀镍的电流密度可达1．5-8 A／dm2，线路板操作中，一般选用2-4 A／dm2，这是因为大的拼板上其中心部位和边缘部位电流分布差距很大，为防止边缘烧焦，对不同的板面要选好最佳电流密度。
3．4．4搅拌和过滤
光亮镀镍的允许电流密度较高，为保证得到均匀细致的镀层，镀液需要流动和净化。空气搅拌和阴极移动并配有镀液连续过滤是必要的，可以根据具体情况选用空气搅拌配连续过滤，或阴极移动配连续过滤，或三者联合使用。
3．4．5阳极
光亮镀镍使用可溶性镍阳极，镍角可使用纯镍或含硫活性镍。镍角装入有阳极袋包裹的钛篮中，阳极袋用聚丙烯布制成。
3．5光亮镀镍溶液的维护
1)定期分析硫酸镍、氯化镍、硼酸，并及时给予调整。补加硫酸镍、氯化镍时，应事先溶解并经活性炭处理后方可加入镀槽。硼酸的补加：可将待补加的硼酸放人聚丙烯袋内，将其吊人溶液中慢慢溶解。
2)及时检查和调整溶液的pH值。降低pH用10％(V／V)H2SO4，升高pH用NiCO3或NiCO3·Ni(OH)2。日常作业中，PH会升高，一般至少4小时应调整一次。
3)按赫尔槽试验或参考说明书中给出的添加剂消耗数据及时补充所用添加剂。
4)及时处理镀液中的污染。铜、铁、锌等重金属离子的污染通常是用在pH，下，在操作温度下，用瓦楞形阴极通0．1-0．5 A／dm2电流处理，直到瓦楞形阴极上镀层颜色均匀为止。必要时可以用除杂水，除杂水加入量不可太多，过多会导致镀层发脆。也可以在加入除杂水后辅以小电流处理。
有机污染用活性炭处理。
如果镀液使用时间比较长，有必要进行大处理时，可参见2．6节。
3．6常见故障及处理方法见表7-7。
第八节 电镀金
1 概述
金，元素符号Au，原子量197，密度19．32 g／cm3，Au+的电化当量0．1226 g／A·m。
用于印制板生产的镀金层分为两类；板面镀金和插头镀金。
1)板面镀金：板面镀金层是24K纯金，具有柱状结构，它有极好的导电性和可焊性。镀层厚度0．01~0．05μm。
板面镀金层是以低应力镍或光亮镍为底层，镍镀层厚度3-51xm，镍镀层作为中间层起着金、铜之间的阻挡层的作用，它可以阻止金铜间的相互扩散和阻碍铜穿透到金表面。镍层存在相当于提高了金镀层的硬度。
板面镀金层既是碱性蚀刻的保护层，也是有IC铝线压焊和按键式印制板的最终表面镀层。
2)插头镀金：插头镀金也称镀硬金，俗称"金手指"。它是含有Co、Ni、Fe、Sb等合金元素的合金镀层，它的硬度、耐磨性都高于纯金镀层。硬金镀层具有层状结构。用于印制板的插头镀金层一般0．5~1．5μm或更厚。合金元素含量≤0．2％。
插头镀金用于高稳定、高可靠的电接触的连接；对镀层厚度、耐磨、孔隙率均有要求，硬金镀层的技术指标见表8-1。
硬金镀层以低应力镍为阻挡层，防止金铜之间的相互扩散。为了提高硬金镀层的结合力和减少孔隙率，也为了保护镀液减少污染，在镍层和硬金层之间需镀以0．02~0．05p,m的纯金层。
我国行业标准SJ-2431和美国标准IPC-6012(1996)对插头镀镍、镀金层厚度有所规定，分别见表8-2和表8-3。镀金层技术标准可参照4524、IS04523； 国标GBl2304、GBl2305； 国军标GJBl941-94。不同产品对镀层厚度的要求也不同，主要取决于对产品可靠性的要求。
印制板的镀金溶液以弱酸性柠檬酸系列的微氰镀液为佳。中性镀液由于其耐污染能力差，很少应用，由于印制板本身的特点，碱性镀液是不适用。镀金液中引入C。、Ni、Pe、Sb等合金元素可以获得硬金镀层，不同元素带来的效果也不尽相同，当前生产中用量最多的当属Au-Co镀层。所用镀液多为专利镀液。
对镀金液的要求应是稳定、便于维护，同时应在金含量尽可能低的情况下达到所需的技术指标以减低成本提高效益。
2 镀金基理
镀金通常采用不溶性阳极高，如果槽电压比较高,阳极上会发生析氧反应：
2H2O-4e → O2↑T+4H+
在微氰镀液中，Au以Au(CN)2-的形式存在，在电场作用下，金氰络离子在阴极放电：
Au(CN)2-+e→Au+2CN-↑ q0Au／Au(CN)2=-0.60V
在阴极上同时发生析氢反应：
2H++2e → H2
镀液中有足够的金氰络离子供应，阴极上就会不断得到金镀层。
3镀液配方及操作条件
用于生产的板面金(纯金)和硬金(耐磨金、厚金)镀液，多以商品形式供应。
典型镀金液配方及操作条件见表8-4。
4 镀液配制
1)配液前的准备
镀金液所需化学晶应选用分析纯试剂，水需要用去离子水。
镀槽最好用聚丙烯(PP)材料，镀槽清洗时需连同过滤设备一起清洗。清洗方法：镀槽先用除油剂擦洗干净，之后，用10％NaOH浸4小时以上，水洗，再用5％(V／V)H2SO：浸洗4小时以上，水洗，去离子水洗。这个过程应与过滤机清洗同时进行。
2)镀槽内加入1/3容积的去离子水，加入商品开缸剂或金盐以外的其他化学品，搅拌均匀，加去离子水到接近工作容积，调整温度到工作温度，将炭芯放人过滤机中，过滤2小时。
3)加入预先溶解在热去离子水中的金盐，搅拌均匀。
4)测pH，调液位，温度。试镀。
5镀液中各成分作用和操作条件的影响
5．1 氰化金钾KAu(CN)2：
氰化金钾是镀金液的主盐，含金量68．3％。金盐浓度太低，镀层沉积速度慢，色泽呈暗红色。提高镀液中金的浓度，可提高电流密度范围，提高金的沉积速度，镀层光亮度、均匀度都得以改善。
5．2 镀液比重
镀金液由于金盐浓度低，需要大量的导电盐来支持电极过程的进行，导电盐的浓度可通过镀液的比重来反映。
商业配方中，板面金镀液的比重Be°10-15，硬金镀液的比重Be°15-20。镀金液使用初期，镀液比重用低限，随着使用时间延长镀液中杂质的累积，镀液比重应相应提高。镀液的比重可通过补加导电盐升高。
5．3 pH
提高pH有利于提高镀层中的金含量，有利于降低镀层内应力，而且允许在比较高的电流密度下操作。
5．4温度
对不同的镀金液，温度应控制稳定。一般讲，升高温度可提高电流效率和提高合金镀层中金的含量；降低温度，可以降低镀层内应力，降低硬度，降低镀层中合金含量。但金钴合金的镀液切忌温度局部过热，防止CO2+转化为无效的CO3+。
5．5电流密度
弱酸性镀金液一般阴极电流效率30-40％，阴极上不可避免的有氢气析出。电流密度一般控制在1 A／dm2左右。当然镀液的沉积速度除与电流效率有关外，与镀液中金含量、温度、pH都有关。
5．6阳极
薄金镀液如板面镀金可使用不锈钢阳极，为延长镀液寿命，需选用优质不锈钢，如进口型号316不锈钢，相当于国产Crl8Ni2M02或Crl8Ni2M03。国产Crl8Ni9Ti不锈钢成分更接近进口304不锈钢，而304不锈钢不适于作阳极。
厚金镀液应使用不溶性活性阳极，如钛(Ti)上镀铂(h)和钛(Ti)上镀韦了(Ru)。近年来钛上镀钌的阳极由于其价格低，使用寿命长，而备受青睐。
5．7过滤和搅拌
镀金液应连续过滤，使用1 μm的PP滤芯。连续过滤及时净化了镀液，又带来了溶液的流动，有利于电极过程进行。镀金液不可使用空气搅拌。
在酸性镀金液中。溶液的pH、操作温度和电流密度的变化对镀层性能的影响趋势见图8-l。图中，以箭头表示变化趋势，实际的变化呈曲线状态。
6镀液维护
1)镀金槽应配有安分计和连续过滤机。根据安分计提供的数据并考虑到镀液携带的损失，及时补加金盐。金盐应事先溶解在热去离子水中，然后加入镀液。以少加勤加为好。
2)金盐质量至关重要，质量差的金盐会导致镀液混浊，镀层质量差。
3)经常检查和调整镀液的PH和比重。
4)工件进槽前应清洗彻底，避免将镀镍液带人镀金槽。过量的镍污染可用除杂水除去。
5)有机污染应尽量避免，绝缘用的油墨一定要彻底固化。有机物污染将导致结合力差，易变色等，处理方法是用优质炭滤芯处理2小时以上。镀金液污染及其影响见表8-5。
7不合格镀层的退除
不合格的金镀层可用含氰化物50-60 g／L的碱性退金液退除。这种退金液退金速度快且不伤害镍基体，溶金量可达25 g／L，操作温度30-50吧。退金后的镍镀层经过活化后可继续镀金。
8镀金层常见故障及纠正方法(表8-6)
9电镀镍／金的工艺流程
9．1板面镀金：
图象转移后的印制板→酸性除油→微蚀→活化→镀铜→活化→镀应力镍→镀板面金
某些PCB板，在经过微蚀、活化后，镀光亮镍再镀板面金。
9．2插头镀金
经热风整平或热熔后的印制板，在插头镀金前须将非镀金部分绝缘，再进行下面工序：
酸性除油→微蚀→活化→镀低应力镍→予镀金→镀硬金(耐磨金或厚金)。
第九节有机助焊保护膜
1概述
随着表面贴装技术(SMT)的广泛应用，对印制板焊盘的平整度及板面翘曲度的要求越来越严格，而细导线、细间距的印制板对其制作技术也提出了更高的要求。但传统的热风整平(HASL)工艺存在以下缺点：
1)焊盘不平整，致使SMT贴片时易偏离，造成错位或短路；
2)受热风整平操作时高温热冲击，印制板板面易产生翘曲；
3)受热风整平操作时的热冲击，细导线易断裂造成断路，细间距的导线间容易产生桥接以至短路；
4)焊料与铜间易形成晶间化合物，易脆；
5)操作时的高温和噪声不利于环保，同时还存在火警的隐患；
6)生产费用高。
九十年代出现的铜表面有机助焊保护膜(OrganicSolderability Preservative简称OSP)技术，是通过将裸铜印制板浸人一种水溶液中，通过化学反应在铜表面形成一层厚度0．2~0．5μm的憎水性的有机保护膜，这层膜能保护铜表面避免氧化，有助焊功能，对各种焊剂兼容并能承受三次以上热冲击。数年来的应用，已日益广泛，成为热风整平工艺的替代工艺。该工艺特点：
1)表面均匀平坦，膜后0．2~0．5μm，适于SMT装联，适于细导线、细间距印制板的制造；
2)水溶液操作，操作温度在80~C以下，不会造成基板翘曲；
3)膜层不脆、易焊，与任何焊料兼容并能承受三次以上的热冲击；
4)避免了生产过程的高温、噪声和火警隐患；
5)操作成本比热风整平工艺低25-50％。
6)保存期可达一年，并且易于返修。
铜表面有机助焊保护膜分为两种类型：溶剂型和水剂型。
1)溶剂型：也就是目前单板面生产中广泛应用的松香型预涂助焊膜。在松香基的预涂助焊剂中添加如咪唑类的化合物，涂于裸铜板表面上形成防氧化助焊膜。膜层厚度3~5μm，用探针不易刺透，不利于探针对其进行电气性能测试，并且必须在波峰焊及印焊膏前将其除去。由于膜层内含有溶剂和松香，容易出现发粘的现象，好像干不透一样，也不易清洗。这种工艺主要用于单面板生产。
2)水剂型：根据膜层能承受热冲击次数不同，水剂型工艺分为能承受一次热冲击和能承受三次热冲击两种。
将含有苯骈三氮唑(Benzotriazole，简称BTA)，咪唑(Imidazole)，烷基咪唑(Alky-Imidazole)，苯骈咪唑(Benzimidazle)等化合物的水溶液与铜表面作用，这些化合物中的氮杂环与铜表面形成络合物，这层保护层防止了铜表面被继续氧化。但这层膜太薄，耐热性差，只能承受一次热冲击，而且保存期短。这层保护膜可用于取代松香-异丙醇的预涂助焊膜或可作为工序间的防氧化。
近年来引起广泛注意的有机助焊保护膜是能承受三次以上热冲击的保护膜，膜厚0．2~0．5μm可以代替热风整平工艺，并且比热风整平板更具优点。
20世纪90年代中期，著名的106 A有机助焊保护膜工艺，价格相当昂贵，由于近年来从业人员的努力，不仅国外大公司而且国内如：中南所、东方电化学等公司都能提供相应产品了。
2有机助焊保护膜的技术条件
OSP的技术条件见表9-1。
3有机助焊保护膜成膜原理和工艺
有机助焊保护膜在水溶液中生成该溶液的主要成分是烷基苯骈咪唑、有机酸防氧化剂并添加有Pb2+、Cu2+等离子。由于烷基苯骈咪唑与铜之间的络合反应以及烷基苯骈咪唑的直链烷基之间通过氢键和范德华力的双重作用，在铜表面生成烷基苯骈咪唑络合物膜，该络合物具有一定厚度并含有共轭苯环，具有优良的耐热性。Cu2+、Zn2+等金属离子加入到溶液中，在成膜过程中Cu、Zn填充于合成膜中生成烷基咪唑络合物，有助于提高合成膜的强度和耐热性。表9-2给出了溶液组成和操作条件。
2．1溶液中各成分的作用
2．1．1烷基苯骈咪唑
烷基苯骈咪唑是主要成膜物，成膜速度随着它的浓度的增加而加速。烷基苯骈咪唑的结构式如下：
式中R1，R'为烷基，Rl中C链应大于3，最好是C5-C6，以保证生成的膜层足够坚固。烷基苯骈咪唑的浓度0．1~2％(wt)，浓度低时成膜速度慢，浓度太高，超过其溶解度，烷基苯骈咪唑会形成油状物析出。
2．1．2有机酸
由于烷基苯骈咪唑难溶于水，有机酸的加入可以增加它在水溶液中的溶解度。适宜的有机酸如：甲酸、乙酸、乳酸等。加入量一般为2~5％(wt)，浓度过高会使沉积在铜表面的保护膜溶解，成膜速度减慢，可通过pH值调节控制。
2．1．3 pb2+
由于防氧化处理前，印制板要经过微蚀、活化，这样就难以避免有少量的S042-带人溶液。带人溶液的S042-将会与烷基咪唑结合成油状的烷基眯唑化合物的硫酸盐，影响铜表面保护膜的均匀性，还会显著降低保护膜的厚度。如果溶液中存在适量的Pb2'，可以与S042-反应生成PbSO4沉淀，此沉淀可以通过过滤除去。因此Pb2+是溶液的净化剂。
适于的Pb化合物有：Pb(NO3)2和Pb(CH3COO)2等，它们易溶于酸性水溶液中。pb2+浓度0．2~1 g／L为宜。资料报导，如果在溶液中加入卤族离子如NaC1或NH4Br，CuCl2或CuBr2时，效果更佳，卤族离子浓度0．2~1 g／L。
2．1．4 Cu2+和Zn2+的化合物
如果在含有烷基苯骈咪唑的处理液中添加Cu2+和Zn2+，Cu2+或Zn2+会填充到烷基苯骈咪唑的络合物保护膜中，提高了成膜速度和保护膜的耐热性。合适的化合物有：Cu(CH3COO)2，CuBr2，CuCl2，Zn(CH3COO)2等，其浓度为0．5~1．5 g／L。
3操作条件的影响
3．1 pH
溶液的pH值是成膜的重要条件，pH降低成膜速度下降，膜不能长厚，pH太低时甚至不能成膜。pH太高会造成烷基咪唑化合物的溶解度降低，溶液混浊甚至有油状物析出，造成膜层不均匀。调高pH用氨水，降低pH用甲酸或乙酸。为了得到厚度一致的膜层，pH变化应在±0．1，最好用pH计监测。
3．2温度
操作温度影响成膜速度，温度升高成膜速度加快，但会影响到膜层致密度。因此稳定的操作温度至关重要。能在常温下操作的配方是比较有利的。
3．3时间
操作初期的10~30秒内成膜厚度随着操作时间的增加，在40~90秒间，成膜速度减缓，到 90秒已无明显变化。操作时间可选择30~90秒。
3．4轧干、风力和烘干系统
水平机操作，轧干、风力和烘干系统，对成膜的均匀性，厚度有很大影响：
浸涂前段的吹干是非常重要的，水分带人浸涂溶液易造成板面成膜的减薄；吹干风的温度太低，易造成成膜温度的下降；吹干风的温度太高，易造成进料段的溶液结晶。由此，风力和烘干系统的控制尤为重要。
浸涂水溶性防氧化剂后轧干吹干段能够将多余的残液吹尽，中止其反应，否则后续的纯水将带走板面上多余的残液，而使此处的涂层偏薄，至使成膜外观不均匀。
4溶液维护(以商业配方3*为例)
1)前处理要保证板面清洁，无油污，无有机污染。微蚀后的印制板进人防氧化槽之前要注意清洗彻底。
2)操作温度维持在工艺范围，维持温度恒定成膜质量至关重要。
3)PH维持3．0~3．2。当pH升高溶液变混浊时，可以用乙酸调整，当pH太低时可用氨水调整。
4)溶液浓度维持在95~105％，可通过分析或通过加工5~6 M2后补加1 L新溶液来维护。液位损失也需要补加新溶液来调整。溶液要流动但不能有气泡。
5质量检测
1) 目视检测有机助焊保护膜外观应均匀一致，平整。
2)膜厚可通过分光光度计来检测。可通过目测，观察成膜半小时后板面是否变色，如果变色说明有机膜厚度不够，至使铜面被氧化。
3)可焊性检测可在不涂助焊剂的情况下，浸260℃的焊锡10秒，所有焊盘应着锡饱满，用钝器刮焊盘无锡脱落。也可在时效后涂助焊剂的情况下，浸260℃的焊锡10秒，所有焊盘应着锡饱满，用钝器刮焊盘无锡脱落。
6涂覆有机助焊保护膜的工艺过程
网印阻焊、字符及铣(或预铣)外形后的裸铜印制板，可通过以下工艺流程获得有机助焊保护膜。
酸性除油(42~49℃) →水洗(30S) →微蚀(Na2S2O8120~140 g／L，H2SO42％(V／V)，21~35~℃) →水洗→稀硫酸(H2SO45％(V／V)) →水洗→纯水洗→辊吸水→风刀→防氧化工艺(25~33℃，30~90S) →辊吸→风刀→纯水洗→辊吸干→烘干(60~80℃)
使用水平式设备或竖直式手工操作，其各工序间的操作时间有所不同。各供应商提供的溶液在操作过程中各有特点。
7故障及处理
操作过程中常见故障及处理方法见表9-3。
8 设备要求
有机助焊保护膜的涂覆工艺多采用水平式自动线设备(图9-1)，也可以用竖直式的手工操作。对设备的基本要求：
1)微蚀，除油段喷淋要通畅，过滤网无堵塞，贮液槽工作一般不低于145 L，工作液可选200 L。
2)涂覆工作液总量可选370 L。贮液槽工作液不低于260 L，过滤网无堵塞，操作间隔时要清除槽体四壁的凝聚物。
3)工作位应设有排风。
4)设备运转稳定可靠，各部分传动辊无结垢无粘附。
第十节化学镀镍、化学镀金
1概述
化学镀镍、化学镀金工艺在印制板涂覆阻焊膜(绿油)之后进行。化学镀镍金层既适用压焊(wirebond又称打线、邦定)，又适用高温焊接。
化学镍金镀层向PCB板提供了集可焊、导通、散热功能于一身的理想镀层，由于无电沉积的化学镀层，镀层厚度均匀一致性可达施镀的任何部位，并且设备与操作都不复杂。因此近年来化学镀镍金十分热门，该工艺用于笔记本电脑，手机板及其他各种多层薄型卡板的表面涂层。
对化学镍金层的最基本要求是可焊性和焊点的可靠性，尤其是对需经受二至三次焊接的镀层。
就该镀层的实质而言，化学镀镍是主体，化学镀金只是为了防止镍层的钝化而存在。化学镀镍层厚度3~5μm，含磷6~10％，无定形结构，非磁性。化学镀金层纯度99．99％，薄金层(又称浸金、置换金)，厚度0．025~0．1μm。化学镀厚金层(又称还原金)0．3~1μm，一般在0．5μm左右，镀层硬度HVO．1 60，它应在薄金层上施镀。
2化学镀镍、金的工艺流程及镀前处理
2．1工艺流程
典型的化学镀镍金工艺流程如下： 有阻焊膜的裸铜板→酸性除油→热水洗→水洗→微蚀→水洗→予浸→活化→水洗→化学镀镍→水洗→纯水洗→化学镀薄金→水洗→纯水洗→化学镀厚金→水洗→热纯水洗→干燥
对不需要镀厚金的PCB板，在浸金后，可转入水洗、热纯水洗、干燥工序。
2．2酸性除油
对酸性除油液的要求是除油能力强，且易于水洗。溶液组成有柠檬酸型和硫酸型两种，并含有非离子型表面活性剂。
处理温度20~35℃或40~60℃，(根据供应商提供的条件决定)，时间2~5 min，溶液应备有空气搅拌和连续过滤。一般溶液处理面积可达10 m2／L，当溶液中Cu2+≥350 mg／L，应更换溶液。
2．3微蚀：
过硫酸钠(SPS)是一种蚀速比较稳定的铜表面微蚀剂。溶液成分：SPS 100~150 g／L，H2SO41~2％(V/V)。也可用H2O2-H2SO4微蚀液。
操作温度20-30℃，时间1~2 min，蚀铜量0．5~1μm，溶液应配有空气搅拌。溶液维护量每平方米板面需外加SPS 60 g和H2SO45 ml。当溶液中Cu2+>20 g／L时，需更换溶液。
2．4活化
活化由予浸→离子钯活化两个工序组成。
预浸液是H2SO41％(V／V)，常温，0．5 min，当溶液中Gu2+ ≥500 mg／L时需更换，或与钯水同时更换。
活化液是离子钯的活化液，是为解决铜上不能直接化学镀镍而专门设计的，对它的要求是铜表面有一层结合牢固的钯而非铜表面则没有并且易于清洗掉。活化液有盐酸型和硫酸型两种，Pd浓度10~100 ppm，现在一般用25~50 ppm，而且硫酸型活化液，对克服渗液有明显效果。
钯水操作条件：25-30℃，1~5 min，有阻焊膜的板和无阻焊膜的板操作时间不同。溶液用 5lam滤芯连续过滤，每升大约可处理5~10 dm2，当Cu2+达到50~100 mg／L时，需要更换。
3化学镀镍
化学镀镍工艺广泛用于金属和非金属表面处理行业，依据不同的基体，化学镀镍可以在酸性、中性、碱性溶液中进行。但PCB板化学镀镍只能在酸性溶液中进行。近代的酸性化学镀镍始于1946年，而用于PCB的用途仅有20余年的历史。它们是以次磷酸钠为还原剂的中磷镀层。
化学镀镍所用还原剂有次磷酸钠、氨基硼烷、肼等，化学镍镀层的组成，依还原剂不同也不同，如以次磷酸钠为还原剂可达含P 4~14％，以氨基硼烷为还原剂可达含B 0．2~5％，以肼为还原剂可得含Ni 99．5％以上的镀层。
3．1化学镀镍机理
以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍溶液中，次磷酸根离子H2PO2-在有催化剂(如Pd、Fe)存在时，会释放出具有很强活性的原子氢。在原子氢析出机理提出不久，于1959年，W．Machu提出了电子还原机理：
催化
H2PO2-+H2O→H2PO3-2H++2e
Ni2++2e→Ni
H2PO2-+2H++e→2H2O+P
2H++2e→H2↑
新生态的Ni和P：
3Ni+P→Ni3P
从机理来看，化学镀镍过程中，产生大量H+使溶液pH降低，同时也产生氢气，故有大量气泡逸出。就印制板化学镀镍而言，在沉镍过程中产生大量H+，而H+存在于阻焊层与铜的介面处，在高温条件下(80~90℃)，H十的大量产生会破坏阻焊层，严重时导致阻焊层起泡。所以需要选择操作温度比较低，反应速度适中的镀液，尽量减少H+的大量生成。
由于化学镀镍层处于元件脚与铜焊盘之间，它的可焊性对于连接点的强度至关重要；又由于元件与印制板基材的热膨胀系数不同，为保证焊点连接的可靠性，要求化学镀镍层有较高的延伸率。因此，需要选择合适的化学镀镍工艺来满足印制板对化学镀镍层的要求。
3．2化学镀镍层的含磷量
化学镍镀层的含P量，对镀层可焊性和耐蚀性至关重要。资料表明以含P量7~9％为宜。
含P量太低，镀Ni层耐蚀性差，易钝化。而且在腐蚀的环境中由于Ni／Au的腐蚀原电池的作用，会对Ni／Au间的Ni表面层产生腐蚀，生成Ni的黑膜(NixOy)，这对可焊性和焊点可靠性极为不利。P含量高，镀层抗蚀性提高，可焊性也可以改善。
3．3化学镀镍配方和操作条件
化学镀镍配方及操作条件见表10-1
3．4镀液中各成分的作用
1)镍盐：镍盐是镀液中的主盐，以硫酸盐为主，也有用氯化镍、乙酸镍等。镀液中Ni2+浓度升高，并不一定会使沉积速度加快，反而会使镀液稳定性降低，易出现粗糙镀层。Ni2+浓度太低导致沉积速度降低，浓度波动最好不超过10％。
2)还原剂：次磷酸钠为还原剂，它的浓度太高使镀液易分解，浓度太低导致镀层沉积速度太低。可通过控制Ni2+／H2PO2-的比值来把握。
3)络合剂：络合剂能使Ni2+生成稳定的络合物，同时可防止生成氢氧化物或亚磷酸盐沉淀。柠檬酸、羟基乙酸、乳酸等是常用的络合剂。
4)稳定剂：稳定剂可提高化学镀镍液的稳定性，防止自分解。微量硫代硫酸盐、硫脲、焦亚硫酸钾等可作为稳定剂使用，但用量不能过量，否则会引起相反的效果。
5)加速剂：加速剂的作用是提高镍的沉积速度，如：琥珀酸，碱金属氟化物(N9P)等。
6)缓冲剂：缓冲剂的作用是维持PH值的稳定，如：NaAc，H3BO3，NaF等。
7)润湿剂：为降低界面表面张力，改善表面润湿状态，需要加入聚氧乙烯脂肪醇醚等表面活性剂。
商业配方中将以上诸因素调整配合到最佳状态，给出一个稳定且可操作的化学镀镍液。
3．5操作条件的影响
当镀液配方选定以后，严格控制操作条件才能得到满意的化学镍镀层。
1) PH：化学镍pH一般控制在4．6~4．8
pH低，反应速度低，镀层中P含量升高。当pH≤3时，沉镍反应停止。pH升高，反应速度提高，镀层中P含量降低，当pH=6时，溶液中的H2PO2-会自发转化为H2PO3-,进而生成难溶的磷酸镍，使溶液混浊并失效。
2) 温度：对PCB板镀化学镍而言，尽可能低的操作温度是有利的。不同镀液的操作温度不同，由于温度对沉积速度至关重要，最好控制操作温度±0．1℃
3)搅拌：化学镀镍可采用空气搅拌，工件移动(移速0．5~1 m／min)和连续过滤(1μm滤芯)，不宜用超声搅拌。
3．6镀液维护
1) Ni2+的补充：可根据分析也可根据加工板面积测算进行补充。Ni2+浓度应控制在最佳浓度的±10％，故要及时补充。补充时液温应在70℃以下。
化学镀镍溶液的寿命以周期计算，一般在6周期以上，有些也可达到8~10周期。所谓"周期"是以镍的补充量而言，当镍补充量累积达到开缸时镍含量时，即为一个周期。例：新缸中，Ni2+浓度4．5 g/L在操作过程中通过数次补充，当补充量达到9 g／L Ni2+时，既认为寿命已达2周期。，PCB板化学镀镍因污染因素比较多，一般使用周期在4~5周期以下。
2)PH调整应及时，降低pH用10％H2SO4，升高pH用10％NaOH或氨水。
3)温度应控制在±1℃。为防止镀液局部过热，不以选用大功率的电加热器，溶液要加强搅拌。
4)过滤：溶液需要用1μm的PP滤芯进行循环过滤，以保持溶液的净化。若不能连续过滤，也应在工作完毕后过滤镀液。
5)工件进缸前要清洗彻底，减少不必要的污染。一次连续工作完毕后要用1：1HNO，清理槽壁，以保持溶液清洁。
6)化学镀镍液的装载量不可过多，也不可过少，一般以0．5 dm2／L为宜。
7)镀液的污染：Cd、Pb、Sn、Cr、S都会污染和毒化溶液，应在操作过程中尽量避免。
3．7故障及处理
PCB板化学镀镍易出现的问题多是漏镀、渗镀、搭接。见表10-2
4化学镀金
用于化学镀金的工艺有两种：化学镀薄金和化学镀厚金。化学镀镍薄金工艺，既适于锡焊，又是铝基导线压焊的理想表面，化学镀镍厚金工艺提供了金丝导线压焊的理想表面。
4．1化学镀薄金工艺
化学镀薄金又称浸金、置换金。它直接沉积在化学镍的基体上。其机理应为置换反应：
Ni+2Au(CN)- → 2Au+Ni2++2CN-
Ni和Au的电极电位相差很大，Ni可以置换出溶液中的金，当镍表面置换金后，由于金层多孔隙，其孔隙下的镍仍可继续置换，但反应速度减慢直至镍全部被覆盖为止。因此这层金的厚度仅为0．03~0．1μm，不可能再增厚。
既然是置换过程，为保证金层与基体的结合力，就需要调整镀液成分以达到理想的效果。当前生产中所用的镀液以商业配方为主，见表10-3。
商业配方的工作液寿命，一般达2-3周期。当浸金液中Ni>500 ppm时，外观和结合力变差，溶液需要更换。
4．2化学镀厚金工艺
化学镀厚金是在化学浸金的镀层上进行，镀液中加人特殊的还原剂，使在置换与自催化作用下镀金。镀层厚度达0．5~1μm，是金线压焊的理想镀层。有特殊要求也可镀2μm。美国IPC-6012(1996)规定用于焊接的金层厚度为0．8μm(最大值)。化学镀厚金工艺见表10-4。
第十一节 化学镀锡
PCB裸铜板化学镀锡也是近年来受到普遍重视的可焊性镀层。
1化学镀锡机理
铜基体上化学镀锡从本质上讲是化学浸锡，是铜与镀液中的络合锡离子发生置换反应，生成锡镀层，当铜表面被锡完全覆盖，反应即停止。
普通酸性溶液中，铜的标准电极电位0Cu=0．51 V，锡的标准电极电位0Sn2+／Sn=-0．136 V，故金属铜不可能置换溶液中的锡离子而生成金属锡。在有络合物(例如硫脲)存在的情况下，硫脲与Cu+生成稳定的络离子，从而改变了铜的电极电位，可以达到-0．39 V(推导过程略)，使铜置换溶液中的锡离子成为可能。此时：
化学反应式(1)可以向右进行，直至铜表面被锡完全覆盖。
2化学镀锡工艺
化学镀锡层需要有良好的可焊性，并且在高温老化或受潮湿后仍能保持良好的可焊性能。
镀液中的主盐，可以是SnCl2或烷基磺酸锡等，由于Sn2+容易被氧化成Sn4+，故溶液保存期短，稳定性差。近年来生产用化学镀锡液，多为专利配方，镀液不含氯，不含氟，对绿油的腐蚀性小，镀液稳定性较好。镀锡工艺见表1l-1。
3化学镀锡工艺的流程
酸性除油→微蚀→稀硫酸→予镀→浸锡→热水→中和
第十二节 化学镀银
化学镀银层既可以锡焊又可"邦定"(压焊)，因而受到普遍重视。化学镀银层其本质也是浸银，铜的标准电极电位0Cu+／Cu=0．51 V，银的标准电极电位0Ag+／Ag=0．799 V，故而铜可以置换溶液中的银离子而在铜表面生成沉积银层：
Ag++Cu→Cu++Ag
为控制反应速度，溶液中的Ag+会以络离子状态存在，当铜表面被完全覆盖或溶液中Cu达到一定浓度，反应即告结束。
商品化学镀银药水已面世，乐思和上村旭光公司都有商品供应。在PCB的裸铜上化学沉银的工艺过程如下：
酸性除油→水洗→微蚀→水洗→予浸→化学→沉银→水洗→干燥
各主要工序份述如下：
1) 酸性除油：除去铜表面的油污、手指印、油脂，蚀铜约0．5μm。
2) 微蚀：铜表面的光亮整平如何直接影响到沉银层的外观。微蚀以H2O2-H2SO4为佳，蚀铜1．5μm左右，该溶液应维持在Cu2+<5 g／L，Cl-<5 ppm。
3)予浸：是在不含Ag的空白的溶液中予浸30秒左右，为保护浸银液和改善镀层质量。溶液pH6~7，Cu2+<0．5 g／L，Ag+<10 ppm，30~40℃。
4)浸银：本液含Ag 0．5~0．6 g／L，pH 6．5~7，43~53℃，时间3 min。用XRF测定的Ag层厚度0．05μm。溶液中杂质Cu2+<0．5 g／L，超过应弃之。
该工艺对C1-敏感，因此使用的清洗水应保持导电率<5μS。
第十三节 化学镀钯
化学镀Pd是PCB板上理想的铜、镍保护层,它既可焊接又可"邦定"。它可直接镀在铜上，而且因为Pd具有自催化能力，镀层可以长厚。其厚度可达0．08~0．2μm，它也可以镀在化学镍镀层上。Pd层耐热性高，稳定，能经受多次热冲击。
在组装焊接时，对Ni／Au镀层，当镀金层与熔化焊料接触后，金被熔与焊料中形成AuSn4，当焊料中重量比达3％，焊料会发脆影响焊点可靠性，但被熔的焊料不与Pd形成化合物，Pd漂浮在焊料表面，很稳定。
由于Pd的价格贵过金，在一定程度上限制了它的应用。随着IC集成度的提高和组装技术的进步，化学镀Pd在芯片极组装(CSP)上将发挥更有效的作用。
本文摘自《电子电路与贴装》