印制电路板(PCB)表面镀镍工艺.doc

1概述镍元素符号Ni原子量58．7密度8．88g/cm3Ni2+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2~2．5μm。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+Ni0Ni2+／Ni=-0．25V2H++2e+H20Ni2+／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3g/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0．3~0．5A／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4Ah/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H2O21~3ml／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65-75g／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。2．4．2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30g／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