化學(xué)鎳金工藝中金面異色分析及改善

 自上世紀90年代至今，隨著電子產(chǎn)品追求輕、薄、短、小、高頻化和數(shù)字化等因素的推動下，化學(xué)鎳金表面處理工藝在PCB中得到迅速地推廣，這主要得益于化學(xué)鎳金層具有良好的保護性、焊接性、平整性以及優(yōu)良的電性能，因此，對比OSP(有機保護膜)、噴錫等其它PCB表面處理，化學(xué)鎳金可滿足更多種smt要求，被廣泛應(yīng)用于手機、電腦、IC卡等諸多電子工業(yè)。

    化學(xué)鎳金（Electroless Nickel and Immersion Gold，簡寫為ENIG）又稱化鎳金、沉鎳金或者無電鎳金，化學(xué)鎳金是通過化學(xué)反應(yīng)在銅的表面置換鈀再在鈀核的基礎(chǔ)上化學(xué)鍍上一層鎳磷合金層，然后再通過置換反應(yīng)在鎳的表面鍍上一層金。

    化學(xué)鎳金作為PCB表面處理之一，如果來料銅面異常會導(dǎo)致化學(xué)鎳金后出現(xiàn)漏鍍、甩鎳金、金面異色等品質(zhì)異常，其中的金面異色問題通常情況下會從化學(xué)鎳金前處理方面著手解決。而本文中所講的金面異色為金厚偏薄異色，并且異色問題均集中在IC和BGA位置,如圖1所示。本文將就此問題產(chǎn)生的原因進行分析，并給出改善措施，終解決這類金面異色問題。

    二、原因分析
    2.1沉金反應(yīng)原理
    當(dāng)PCB板面鍍好鎳層放入金槽后，其鎳面即受到槽液的攻擊而溶出鎳離子，所拋出的兩個電子被金氰離子獲得而在    鎳面上沉積出金層，反應(yīng)機理如下：
    陽極反應(yīng)：Ni→Ni2++2e-    E0=0.25V
    陰極反應(yīng)：Au(CN)2-+e-→Au+2CN-    E0=0.6V
    總反應(yīng)式  Ni + Au(CN)2- → Ni2+ + Au + 2CN-

    從以上沉金反應(yīng)機理可以得出此反應(yīng)屬于典型的置換反應(yīng)，總反應(yīng)的電位為-0.35V，在Ni和Au+的接觸便可自發(fā)進行，理論上鎳面上完全覆蓋上一層Au之后，金的析出便停止，實際上由于金層表面上孔隙較多，故多孔金屬下的鎳仍可溶解拋出電子而金繼續(xù)析出在鎳上，只不過速率會愈來愈低，直至終止。

    2.2 金面異色原因分析

    2.2.1正常IC與異常IC鎳厚切片分析

    從以上切片鎳厚測量得出，IC異色處與正常IC位鎳厚無明顯差異，說明造成IC異色原因不是沉金假鍍(鎳厚偏薄)引起，即此類IC露鎳異色與鎳厚無關(guān)系。

    2.2.2正常IC與異色IC金鎳厚測量

    從以上異常IC與正常IC金厚測試數(shù)據(jù)得出，異常IC與正常IC鎳厚無明顯差距，但異常IC金厚比正常IC金厚大相差0.82微英寸，因此可以判定IC異色為金厚過薄呈現(xiàn)鎳的顏色所致。

    2.2.3正常IC與異色IC鎳層SEM及EDS分析

    從以上鎳面SEM及EDS分析得出，IC異色處與正常IC位鎳面晶體結(jié)構(gòu)和P含量均無明顯差異，說明造成IC露鎳異色原因不是鎳面晶體異常引起。

    2.2.4通過魚骨圖對金面異色可能存在原因進行分析，如下圖所示。

    2.2.5原因篩選
    (1)現(xiàn)場跟進發(fā)現(xiàn)同一時間、同一條件生產(chǎn)出來的板，有些板有異色，有些板無異色，因此可以排除人員、機器和環(huán)境方面的因素；
    (2)現(xiàn)場跟進中還發(fā)現(xiàn)發(fā)生異色的板都發(fā)生在有BGA和IC的板上，并且異色板主要集中在雜色油墨上，因此將原因得點鎖定在物料和方法上。

    三、實驗驗證
    3.1實驗流程
    來料→水平噴砂處理→上板→除油→微蝕→預(yù)浸→活化→后浸→化沉鎳→化學(xué)金→金回收→下板

    3.2實驗參數(shù)
    實驗參數(shù)如下頁表3所示。

    3.3實驗方案

    四、實驗驗證結(jié)果及分析
    從下頁表4中的5組實驗結(jié)果對比得出：
    (1) 將沉金金缸金濃度提高至1.2g/L仍有異色現(xiàn)象，說明金濃度不是導(dǎo)致IC或BGA異色的原因；
    (2) 將沉金活化時間提高至120S仍有異色現(xiàn)象，說明金活化時間不是導(dǎo)致IC或BGA異色的原因；
    (3) 對比本廠沉金和外發(fā)沉金都有BGA或IC異色現(xiàn)象，說明沉金藥水不是導(dǎo)致沉金板異色的主要原因；
    (4) 阻焊工序采用不同油墨絲印沉金后都有金異色現(xiàn)象，說明油墨不是導(dǎo)致金面異色的原因；
    (5)在阻焊工序采用鋁片塞孔處理的板在沉金后無金面異色現(xiàn)象，而未采用鋁片塞孔的板沉金后均出現(xiàn)金面異色現(xiàn)象,說明阻焊鋁片塞孔對BGA和IC金面異色有很大的改善作用；鋁片塞孔與非鋁片塞孔孔內(nèi)切片對比如圖3和圖4所示。

    五、結(jié)論
    針對沉金板BGA或IC金面異色問題，曾經(jīng)困擾我司許久，在生產(chǎn)過程中我們也進行過很多嘗試，但均未得到完全杜絕之目的，后通過對沉金的反應(yīng)原理和異常板進行仔細分析，并且通過試板對比及量產(chǎn)驗證，終找到通過阻焊鋁片塞孔能徹底解決BGA或IC金面異色問題。