化学沉镍金工艺控制概述－刘兴武

化学沉镍金工艺控制概述

生益电子：刘兴武摘要：本文简单介绍了化学沉镍金工艺的优缺点、原理、流程参数控制；并总结了常见问题的原因、改善措施以及检测方法等。

一、前言

随着电子工业的飞速发展，IC组装对印制板（PCB）的要求也越来越高，无铅化表面处理（Lead-free Surface Finishes）已成主流。化学沉镍金（Electroless Nickel Immersion Gold简称ENIG）、沉银（Immersion Silver简称ImAg）、沉锡（Immersion Tin 简称ImSn）、有机助焊保护膜（Organic Solderability Presevatives简称OSP）是替代传统锡铅涂覆的有效工艺方法，又因化学沉镍金的众多优点，其更受客户的青睐，已成为锡铅涂覆替代工艺的核心。化学沉镍金又叫无电镍浸金或化镍浸金，它是通过钯的催化作用，在酸性条件下使裸铜面上沉积一层镍，然后通过置换反应再沉积上一层薄金的表面涂覆工艺，其金层提供良好的电气连接性，镍层作为阻挡层以阻止铜的扩散，从而避免在焊接和返工操作过程中焊料对铜层的污染。

二、化学沉镍金的优缺点

1、优点

（1）、高可靠性，适用复杂的电路设计。

（2）、高可焊性，适用多种及多重焊接（熔焊/Solder Fusing、波峰焊/Wave Solder、回流焊/Re-flow Solder、线焊/Wire Bonding）。

（3）、高平整、共面性，适用各种精密元器件的复杂组装。

（4）、良好的外观，不褪，耐腐蚀、储存寿命长。

（5）、电气接触导通性、散热性好、具EMI（电磁干扰）屏蔽作用。

2、缺点

（1）、焊点不良（工艺控制不当时发生）

（2）、工艺复杂、操作温度较高

（3）、成本高、价格昂贵催化剂12.1

三、主要化学反应原理

1、活化

Cu + Pd2++ 2NH4Cl Cu（NH3）2Cl2+ Pd+ 2H+

2、化学沉镍

催化剂

[H2PO2]-+ H2O [H2PO3]-+ 2H（催化剂）

Ni2++ 2H（催化剂）Ni ↓+ 2H+

[H2PO2]-+ H（催化剂）H2O+ OH-+ P抢救车

3Ni + P Ni3P （会产生金属间化合物）

2H（催化剂）H2 ↑（会产生气泡）

3、化学浸金

Ni + 2[Au（CN）2]-Ni2+ + 2Au + 4CN-

四、所需之设备物料

聚磷酸铵阻燃剂

1、目前，安美特、麦德美、优美科、罗门哈斯、上村药水在市场上较为流行，本公司

所用安美特的Aurotech系列药水。

2、沉金主要的物料、工具和设备如下：

主要物料

主要设备

万亿达水平前处理线；

市区工况油耗

路业自动沉金线，包括：自动控制柜、行车、缸体及附属设备。

主要工具

数字测温表、加药杯、手动抽药泵、万用表、电导率表

五、工艺参数及流程控制

除油→2级水洗→微蚀→2级水洗→微蚀后浸→2级DI水洗→预浸→活化→2级DI水洗→化学沉镍→2级DI水洗→

化学浸金→金回收水洗→DI水洗→热DI水洗→烘干

（1）、除油

除油一般使用酸性清洁剂，是用来清除所有有机污染（油污和抗蚀剂的残留物）痕迹和电镀铜轻度氧化的一种有效方法。

（2）、微蚀

微蚀是除去铜的表面层，从而形成一个初生和活化的铜表面，用于均匀的催化，并形成微粗糙形态，以促进镍对铜层有良好的结合力。

（3）、微蚀后浸是促使铜面处于稳定状态，同时可有效的缺镀。

（4）、预浸是在整个铜表面形成一种酸性膜，以防止不希望的负反应发生。

（5）、活化

混纺纱>t100k

钯活化机理是浸泽或取代反应，促使催化的钯金属均匀的涂覆在铜面上。（6）、沉镍

通过催化作用，使铜面沉上一层具有需求含磷量组分的无定形结构（amorphous）的均匀镍层（图a示）。磷含量高，可焊性（activiy）差、抗蚀性

（passivity）好（当镍层中磷含量较高时，镍层的抗腐蚀能力增强，但是在贴装焊接过程中，引起焊接结合部分Ni3P合金层中的磷产生富集，会导致该部分焊料与镍层所形成的内金属合金层变脆而使焊点失效）；磷含量低，可焊性好、抗蚀性差（当镍层中磷含量较低时，其抗蚀能力降低，在之后的浸金过程中，受金缸酸性溶液的攻击，表面大量的镍金属溶于浸金溶液，导致镍层受到严重腐蚀（图b示），另外表面磷含量相对增高，在正常沉积的镍磷合金层与薄金层之间形成一层薄薄的高磷含量合金层，焊接过程中表面薄金层迅速溶解而露出低可焊性的高磷镍表面，最终呈现表面不上锡或镍面发黑，即黑镍）。一般磷含量控制在7~9%为佳。另外，镍缸的定期保养、负载（0.3~0.8dm2/L）的有效控制是镍缸稳定的一个重要因素；自动分析添加仪系统内镍渣的清洁、气泡的排除是药液准确添加的保证。

图a、正常的镍面图b、被腐蚀的镍面（7）、浸金

浸金反应是一种金属腐蚀与另一种金属还原的氧化还原反应，是由于他们之间的热位能偶合（thermodynamic potential couple）的结果。一般来说，当浸金层变厚时，电解液的腐蚀敏感性最高，这表明为产生较厚的浸金层而增强对底层镍的侵蚀会额外产生点蚀，使其产生更多的孔，形成稀疏的金层，镍就是通过这些孔暴露在腐蚀媒介中，在裂缝中发生以镍做阳极，金做阴极的电化学腐蚀，使铜面生绣，即产生原电池反应（galvanic cells）。另外存在过量铜、镍离子的情况下，镍层腐蚀会加重。而金层太薄时，则起不到保护镍层的作用，表层易受环境腐蚀而影响可焊性及使用寿命。因此金层厚度一般控制在

0.03~0.15um之间为宜。

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