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【簡(jiǎn)介】
劉海萍，畢四富，李寧
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）海洋學(xué)院，山東威海264209）
摘要： 分析了酸洗、微刻蝕及活化等前處理工藝對(duì)印刷線路板（PCB）表面化學(xué)鍍鎳／置換鍍金層性能的影響。結(jié)果表明：各前處理工序?qū)CB表面性能具有較大影響，在此基礎(chǔ)上得到了優(yōu)化后的前處理工藝。
關(guān)鍵詞： 印刷線路板，化學(xué)鍍鎳，置換鍍金，前處理工藝
中圖分類號(hào)：TQ 153 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4742（2011）05-0020-04
0前言
化學(xué)鍍鎳/置換鍍金（ENIG）工藝是在印刷線路板（PCB）裸露的銅線路表面先進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，然后置換鍍金，以獲得鎳/金復(fù)合鍍層的工藝。鎳/金鍍層表面平坦，具有耐蝕性、導(dǎo)電性、可焊性好等優(yōu)點(diǎn)，在各類高密度電子設(shè)備、表面貼裝技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。
在對(duì)PCB進(jìn)行化學(xué)鍍鎳／置換鍍金前，一般需要對(duì)其進(jìn)行多種鍍前處理，以去除表面的油污、氧化物，獲得適合鍍覆的基體。針對(duì)ENIG工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)，影響因素多的特點(diǎn)[4-5]，本文以前期實(shí)驗(yàn)所確定的中磷酸性化學(xué)鍍鎳和亞硫酸鹽鍍金體系作為化學(xué)鍍鎳和置換鍍金液[6-8]，系統(tǒng)分析了ENIG前處理各工序（如酸洗、微刻蝕、活化等）的工藝參數(shù)的變化對(duì)PCB表面鎳/金鍍層性能的影響。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 ENIG工藝流程及基本工藝參數(shù)
選用PCB及純銅試片作基體，對(duì)其先進(jìn)行酸洗、微刻蝕、活化等基本前處理工序，而后進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，置換鍍金。其基本工藝流程為：酸洗—→微刻蝕—→預(yù)浸—→活化—→化學(xué)鍍鎳—→置換鍍金—→吹干，各步驟之間需要2～3道水洗。需加熱的前處理工序及化學(xué)鍍鎳和置換鍍金工序均在玻璃鍍槽中進(jìn)行，采用恒溫水浴控制操作溫度。
化學(xué)鍍鎳的基本工藝組成為：硫酸鎳27 g/L，次磷酸鈉29 g/L，乳酸20 mL/L，DL萃鎳酸12 g/L，穩(wěn)定劑適量，pH值4.6～5.2，85～92℃。
置換鍍金的基本工藝組成為：亞硫酸金鈉2 g/L，亞硫酸鈉40 g/L，硫代硫酸鈉16 g/L，硼砂10 g/L，添加劑適量，pH值6.O～7.O，75～85℃。
1.2測(cè)試方法
1.2.1試樣外觀及微觀表面形貌
分別采用體視顯微鏡（MX-5040RZ），電子掃描顯微鏡（ SEM，TESCAN VEGA II）及原子力顯微鏡（AFM，Picoscan 2100）觀察化學(xué)鍍鎳層、置換鍍金層的表面形貌。
1.2.2鎳/金鍍層結(jié)合力
采用美國(guó)3M Scotch 600型膠帶進(jìn)行結(jié)合力測(cè)試。將膠帶在試片上壓牢，然后以垂直于試片表面的方向以一定的速率將膠帶剝離，觀察鍍層是否掉金；若鍍層掉金，則表明鍍層結(jié)合力不合格。
1.2.3鍍金層S02暴露測(cè)試
采用S02暴露實(shí)驗(yàn)檢測(cè)鍍金層的均勻性。在10 L的玻璃干燥器中先后加入200 mL 200 g/L的硫代硫酸鈉溶液及100 mL （1+1）稀硫酸；而后把鍍金試片放入容器內(nèi)支架上，立即關(guān)閉容器，并輕輕搖動(dòng)，使溶液充分混合，反應(yīng)生成S02氣體。試片放置與液面距離不小于75 mm，與容器內(nèi)壁距離不小于25 mm。實(shí)驗(yàn)24 h后取出試片，觀察試片表面變化。
2 結(jié)果與討論
2.1 酸洗
酸洗的目的是去除銅表面的輕度油污、氧化物及增加潤(rùn)濕效果。本文采用GT-210酸洗液，通過(guò)目視外觀法對(duì)比了20～50℃，1～10 min內(nèi)銅表面的除油效果。結(jié)果表明：當(dāng)溫度在25～35℃，時(shí)間為4～6 min時(shí)，能夠有效去除銅面油污，獲得光亮、清潔的表面。在35℃的條件下，酸洗前、后所得銅表面的形貌，如圖1所示。由圖1可知：酸洗前，表面發(fā)花，有污染；而酸洗5 min后，表面光亮，無(wú)油污及不潔之物，表明銅面已被清洗干凈。
2.2微刻蝕
微刻蝕的目的為去除銅表面的氧化物，保持銅表面新鮮，形成粗糙表面，利于后續(xù)化學(xué)鍍鎳工藝的進(jìn)行。微刻蝕前、后銅基體的表面形貌，如圖2所示，微刻蝕溶液由100 g/L的硫代硫酸鈉酸性溶液構(gòu)成。由圖2可知：微刻蝕前，銅表面較平整；而在30℃，微刻蝕1min后，銅表面明顯變粗糙，形成了許多分布均勻的毛刺狀突起，表明微刻蝕后銅的反應(yīng)面積增大，有利于活化過(guò)程中Pd的沉積；同時(shí)微觀粗糙的表面也有利于后續(xù)化學(xué)鍍鎳層的沉積，提高Cu/Ni層間的結(jié)合力。
溫度和時(shí)間對(duì)銅表面微刻蝕的影響，如圖3和圖4所示。由圖3可知：溫度為20℃時(shí)，微刻蝕1 min后，表面比較平坦，只有很少區(qū)域被腐蝕；當(dāng)溫度為30℃時(shí)，銅表面被均勻腐蝕，形成許多微小凹凸點(diǎn)；溫度過(guò)高，達(dá)到50℃時(shí)，銅表面不均勻，起伏過(guò)大，局部區(qū)域腐蝕嚴(yán)重，將不為利于形成均勻的化學(xué)鍍鎳層。由圖4可知：當(dāng)時(shí)間為30 s時(shí)，銅表面只有很少區(qū)域被腐蝕；而增加腐蝕時(shí)間（1 min），表面形成了均勻的凹凸點(diǎn)；時(shí)間進(jìn)一步增大（3 min），銅表面局部區(qū)域腐蝕過(guò)度。綜上所述，溫度在30～40℃，時(shí)間為1～2 min時(shí)，微刻蝕效果較好。
2.3活化
活化的目的是在銅表面置換出一層鈀活性點(diǎn)，作為化學(xué)鍍鎳起始反應(yīng)的催化晶核。本文選用30 mg/L的硫酸鈀酸性活化液，研究了溫度、時(shí)間對(duì)銅的微觀形貌及PCB化學(xué)鍍鎳微觀形貌的影響。溫度對(duì)銅表面微觀形貌及PCB化學(xué)鍍鎳微觀形貌的影響，如圖5，圖6所示。
由圖5，圖6可知：20℃時(shí)，銅表面只有少量區(qū)域被黑色覆蓋，表明只有少數(shù)區(qū)域有鈀活性點(diǎn)附著， PCB化學(xué)鍍鎳時(shí)有漏鍍現(xiàn)象；升高活化溫度至30～40℃時(shí)，銅表面呈大面積黑色外觀，表明形成了大量鈀活性點(diǎn)，PCB化學(xué)鍍鎳沒(méi)有出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象。
活化時(shí)間對(duì)銅表面微觀形貌及PCB化學(xué)鍍鎳微觀形貌的影響，如圖7，圖8所示。由圖7，圖8可知：時(shí)間過(guò)短時(shí)（小于1min），銅表面所形成的活化點(diǎn)較少，PCB化學(xué)鍍鎳時(shí)存在漏鍍現(xiàn)象。
綜上所述，進(jìn)行活化工序時(shí)，必須考慮活化程度的影響，若溫度過(guò)低、時(shí)間過(guò)短，在銅表面形成的活性點(diǎn)不夠，則易出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象；而溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易導(dǎo)致過(guò)度活化，則易出現(xiàn)滲鍍現(xiàn)象，不應(yīng)鍍鎳的線路也會(huì)鍍鎳，導(dǎo)致短路等問(wèn)題。
3 結(jié)論
本文分析了各前處理工序?qū)CB表面化學(xué)鍍鎳/置換鍍金層性能的影響。結(jié)果表明：各前處理工序?qū)︽?金鍍層性能產(chǎn)生較大影響，得到了優(yōu)化后的前處理工藝參數(shù)為：35℃下，酸洗5 min可有效清除銅面油污；在30～40℃，1～2 min條件下微刻蝕效果較好；在30～40℃條件下活化3 min，所得 PCB化學(xué)鍍鎳層無(wú)漏鍍現(xiàn)象。
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