2014秋季国际PCB技术，信息论坛表面处理与涂覆SurfaceTreatmentandCoating Paper Code：A-021
丁启恒(深圳市荣伟业电子有限公司，广东深圳
518116) 陈世荣
(广东工业大学，广东广州510006)
摘要本文介绍了一种新型PCB表面镀覆层一化学镀镍浸钯浸金工艺的研究开发情况。
新型的化学镀镍浸钯浸金工艺应用表明，该工艺对镍层的腐蚀有极大的改善、对
焊接可靠性有很大的提高、同时可满足打金线的要求；替代传统的化镍金有着工
无电沉镍艺简单、工艺条件容易控制、成本较低、无黑镍产生、优良的焊接可靠性、优良
的金线键合能力等优点。
关键词化学镍浸钯浸金；万能表面镀覆层；镍腐蚀；焊接可靠性；金线键合中图分类
号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009—0096(2014)增刊一0249—
09
The research and development of electroless nickel／
lmmerslon Dallanmm／lmmerSlon90ln Process
DING Oi—hen CHEN Shi-rong
Abstract A ne w PCB surfa ce f in i sh p ro ce ss c ond it ion of electroless Ni／electroless Pd／immersion Au (ENIPIG)was introduced in this pap er．T he p ro ce ss has greatly improv ed t h e cor ro si on resistance of the nickel
same time，it satisfied the req ui re me nt s of gold bonding．The ENIPIG
layer,as we ll a s the solder reli ab il i ty．At t h e
finish has the advantages of simple process，easil y con tr ol conditions，low c o s t，n o black nic k
e l，go od s olde r
re li ab il it y a n d excel lent go l d bond ing ca pacit y,etc comp ared w it h traditional proce ss．
Key WOrds PCB；EN IPI G：Su rf ace Fin ish
1月lJ吾随着PCB产品高密度化、特别是要求多种连接方法和信号传输高频与高速数字化的应用，加上实施无铅化
连(焊)接等，对PCB表面涂(镀)覆层的要求就变得更高；近年提出一种新的表面处理工艺一化学镍钯金，此种
表面处理新工艺被业内称为“万能(通用)表面处理工艺”，见表l。从表l中可看出：能够适用于“通用(万能)”或多功能的PCB表面涂(镀)覆层的类型的，主要是表l中
ENEPIG(化学镀镍钯浸浸)和ENIPIG(化学镀镍浸钯浸金)两种。同时，从“多功能性”、可靠性和制造工
艺与成本上，ENIPIG是最佳的方案选择。
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表面处理与涂覆Surface T r e a t m e nt a n d Co at in g2014秋季国际PCB技术／信息论
坛表1无铅化表面涂(镀)覆层的适用范围
H-ASL H T．O S P浸锡浸银ENIG ENEPIG EN IG EG ENPIG 多次无铅焊接好中等中等好好好不适×好
超声波键合不适不适不适不适尚好好尚好好
插接连接不适不适不适中等不适好好好
导电粘接不适不适尚好好好好好好
通用性不能不能不能不能不能好不能好
流程操作控制尚好最好好好由中较差尚好
—～
成本中上最低由由IEJ 中上最高中上
本文即介绍了深圳荣伟业电子有限公司与广东工业大学合作开发的化学镀镍浸钯浸金(ENIPIG)新工艺的研发情况。
2化学镀镍浸钯浸金(E P l G)表面处理工艺的研发
2．1E PIG工艺原理
ENIPIG的英文全称是Electroless Nickel Immer sion Palladium Imm e r s i o n G old，中文是化学镀镍浸钯浸金，其主要工艺原理如下。
化学镀镍为自催化氧化还原反应，一般以次磷酸盐作为还原剂，反应式如下： [H2P02]斗H20一
[HP03]2一+H++2H
Ni2++2H—Ni l+2H+
2[H2P02]．+H一【HP03]2。+H20+P+H2 f
化学浸钯反应属于置换反应，钯与镍置换，在镍表面沉积一层钯层，反应式如下：
pd2++Ni—Pd I+Ni2+
化学浸金属于置换反应，金与镍置换或金与钯置换。反应式如下：2Au++Pd一2Au+Pd2+或2Au_卜+Ni一
2Au+Ni2+
化学镍金(ENIG)工艺已经相当成熟，本文不作阐述，本文重点介绍化学浸钯工艺的研发与应用。
2．2浸钯(I P)镀液组成
镀液主要成份包括钯主盐、络合剂、pH缓冲剂和稳定剂四部分。各组成的作用如下：(1)钯主盐：提供钯源，在镍
面置换(离子化趋势Ni>Pd)沉积钯层。本项目采用的主盐为氯化钯(PdCl2)，
钯含量≥59．5％；
(2)络合剂：其作用是防止镍表面产生钝态并与溶出的Ni2+结合成络合离子。
(3)pH缓冲剂：作用是稳定pH。(4)添加剂：作用稳定镀液，避免钯的异常析
出。
2．3．1 实验样品
取做完阻焊的PCB半成品若干为实验样品。
2．3．2实验设备
化学镀实验在深圳市荣伟业电子有限公司研发实验室的模拟生产线进行，见图l。
．．250．．
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图1模拟化学镀实验线
2．3．3实验目标及检测手段
实验目标及检测方法见表2。
表2实验目标及检测方法表
钯层外观不同条件下镍面上沉积钯层的外观目视／SEM 外观银白泽均匀／晶格致密、平整镀层表观金面致密性不同钯沉积条件下金层的外观外观金黄泽均匀／晶格致密、平整镀层结合力用3M胶带对钯／金层做拉扯测试3M胶纸无任何镀层脱落钯／金沉钯沉积速率不同参数对钯在镍面上沉积速率的影响X—Ra y参考值O．020阻n／ 5min 积速率金沉积速率不同钯厚度对金沉积速率的影响参考值O．0251．tm／
4min镍腐蚀镍层腐蚀深度不同钯，金沉积层条件下镍腐蚀深度变化SEM镍层腐蚀深度
<10％
采用无铅焊料，温度设定250-----5℃：浸锡波峰焊锡
表面导体被焊料润湿面积／>95％，其
可焊性
时间为3．0—5．0s炉余5％的不良表面应出现小针孔、
缩
锡和粗粒状等缺陷
润湿性可焊性测锡液受力变为0所需时间：to--
．<ls，润湿性测试
(沾锡天平)试仪锡稳定性>／0．8焊接性能
锡炉温度：260℃，链速1000mm／min
预热l：155℃，预热2：165℃，波峰焊锡 O．5mm孔透锡
透锡测试
热补偿：170℃，波峰焊之前先过2次炉率大于80％
回流焊老化
测试速度：200I．t m／s，相关测试界面合金共化物层不断裂
锡球推力测试
测试负载：30 g设备
2．3．4化学镀镍浸钯浸金(E PIG)工艺条件(以深圳市荣伟业电子有限公司RW-900体系为
基础)
化学镀镍浸钯浸金相较化学镍金，流程设计上仅是在镍缸和金缸之间添加一个钯缸，开发过程中以RW-900系列化学镍金流程及药水作为基础进行实验：
酸性除油(RW-901)一微蚀(SPS／H2S04)一活化(RW-903／PdS04) 化学镀镍(RW-904系列)一化学浸钯(PdCl：)一化学浸金(RW．905R)
2．4浸钯工艺影响因素的优化实验
2．4．1 浸钯产品优化实验设计与验证
(1)正交实验设计本实验初步拟定6个因素5个水平，按此设计正交实验，见表3。对实验结果的外观、结
合力、沉积速率、镀
液稳定性等进行评估并优选各参数再进行下一步的实验。(2)正交优化实验结
果
通过正交实验，可以得到：
a．络合剂浓度在0．20 mol／L以下时，钯镀层发黑泽不均匀；
．25l一
表面处理与涂覆Surfa ce T re a t m e n t an d C oa ti ng2014秋季国际PCB技术／信息论
坛表3正交实验设计表
因素1 因素2 因素3 因素4 因素5 因素
6 络合剂浓度氯化钯浓度添加剂浓度pH 温度时间
(mol／L)1 (mol／L)。1／％rc／min
Ll0．150．0040．00053．0 353
L20．150．006O．0014．0 40 4
L30．150．008O．00155．0 45 5
L4O．150．0100．00256．0 557
L50．150．0120．0047．0 7010
L60．200．0040．0013．0 55 3
L7O．200．006O．00154．0 7010
L8O．200．0080．00255．0 35 4
L9O．200．0100．0046．0 40 5
LlO0．200．0120．00057．O 457
L11O．250．0040．00153．0 407
L120．250．0060．00254．0 45 5
L130．250．0080．0045．O 55 3
L140．250．0100．00056．O 70 4
L150．250．0120．0017．O 35 5
L160．300．0040．00254．O 70 5
L170．300．0060．0045．O 357
L180．300．0080．00056．O 4010
L190．300．010O．0017．0 45 3
L20O．30O．012O．00153．0 55 5
L210．400．0040．0046．0 45 4
L220．400．0060．00057．0 55 5
L230．400．0080．0013．0 707
L240．400．0100．00154．0 3510
L25O．400．0120．00255．0 40 3
b．pH在4．0以下时，钯镀层发黑泽不均匀； c．温度达70℃时，钯镀层无光泽不
均匀 d．添加剂浓度在0．0015％以下，钯镀层无光泽不均匀；
e．氯化钯浓度在0．004---0．012 mol／L、时问在3～10 rain对钯镀层外观无影响；
f_络合剂浓度≥0．20—0．40 mol／L、添加剂浓度>／0．001 5％、pH在4．0～7．0、氯化钯浓度在0．004--0．012mol／L、氯化钯浓度在0．004～0．012 mol／L、时问在3～10 min可得到良好的镀钯层；
g．每种镀液在煮沸条件下均无析出，表明各种镀液的稳定性均很好；h．各条件下的试样均经3M胶带进行拉
扯测试，均无甩镀层问题，结合力正常。部分实验钯镀层外观结果见
表4；结合力测试结果见图3。
图2正交实验试样镀钯层结合力测试结果(抽取关键实验描述) (说明：经3M胶纸
测试均无镀层脱落现象)
．252．
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表4正交实验钯镀层外观结果(抽取关键实验描述)
实验序；j钯镀层外观钯镀层厚度
¨2钯镀止；外观
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