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前言
化學(xué)鍍鎮(zhèn)/置換鍍金 (ENIG) 層具有耐蝕性、導(dǎo) 電性、可焊性好的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類印刷線路 板(PCB) 的表面處理[1-2] 。在對 PCB 進(jìn)行化學(xué)鍍鎳/置換鍍金前，一般需要對其進(jìn)行多種鍍前處理 (如酸洗、微刻蝕、活化等)，以除去其表面的油污、氧 化物，獲得適合鍍覆的基體。ENIG 工藝復(fù)雜，流程 長，影響其鍍層性能的因素較多[叫。
在研究了前處理工藝對鍍層性能影響的基礎(chǔ) 上[6] ，本文以前期實(shí)驗(yàn)所確定的中磷酸性化學(xué)鍍鎮(zhèn) 和亞硫酸鹽鍍金體系作為化學(xué)鍍鎮(zhèn)和置換鍍金 液[叫，系統(tǒng)分析了 ENIG 各工藝參數(shù)(如溫度、pH 值、沉積時(shí)間等〉的變化對 PCB 表面化學(xué)鍍錦/置換 鍍金層性能的影響，并優(yōu)化了 ENIG 工藝，獲得了性 能良好的錦/金鍍層。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 ENIG 工藝流程及基本工藝
選用 PCB 及純銅試片作基體，對其先進(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)鍍鎮(zhèn)、置換鍍金。其基本工藝流程為:酸洗一→微刻 蝕一→預(yù)浸一→活化一→化學(xué)鍍鎮(zhèn)一→置換鍍金一→吹干，各步驟之間需要 23 道水洗。需加熱的 前處理工序及化學(xué)鍍鎮(zhèn)和置換鍍金工藝均在玻璃鍍 槽中進(jìn)行，采用恒溫水浴控制操作溫度。
化學(xué)鍍鐮液的基本組成及工藝參數(shù)為:硫酸錦27 g/L，次磷酸鈾 29 g/L，乳酸 20 mL/ L，DL 蘋果酸12 g/L，穩(wěn)定劑適量，pH 值 4. 65. 2 ，8592 oc 。 置換鍍金液的基本組成及工藝參數(shù)為:亞硫酸金鈾 2 g/L，亞硫酸鈾 40 g/ L，硫代硫酸鈾 16 g/ L.跚砂 10 g/L，添加劑適量，pH 值 6. 0 7. 0 ，75 85 oc 。
1.2 測試方法
1.2.1 試樣外觀及表面微觀形貌
分別采用 MX-5040RZ 型體視顯微鏡、TESCAN VEGA II 型電子掃描顯微鏡及 Picoscan2100 型原子力顯微鏡觀察化學(xué)鍍鐮層及置換鍍金 層的表面形貌。
1.2.2 試樣結(jié)合力測試
采用美國 3M Scotch 600 型膠帶進(jìn)行結(jié)合力測試。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 試樣 S02 暴露測試
采用 S02 暴露實(shí)驗(yàn)(GB 12305.2-90) 檢測鍍金層的均勻性。在 10 L 玻璃干燥器中先后加入 200ml 200g/Ld 硫代硫酸鈉溶液及100ml(1+1)稀硫酸;而后把鍍金試片放入容器內(nèi)的支架上，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 化學(xué)鍍鎮(zhèn)工藝參數(shù)的影晌 在化學(xué)鍍鐮/置換鍍金復(fù)合鍍層中，鍍金層較薄，底部化學(xué)鍍鐮層的性能對鍍金層往往具有較大 的影響。本文分析了化學(xué)鍍鎮(zhèn)液的溫度、pH 值及 鍍后的空停時(shí)間對復(fù)合鍍層性能的影響。
2.1.1 溫度
化學(xué)鍍鎮(zhèn)液的溫度變化對 PCB 外觀及鐮/金鍍 層間的結(jié)合力的影響，如圖 1，表 1 所示，其中置換鍍金液的溫度為 80 "C，沉積時(shí)間為 10 min。由圖 1及表 1 可知:在 85 92 oC 范圍內(nèi)進(jìn)行化學(xué)鍍鎮(zhèn)，PCB 表面錦/金鍍層沉積均勻，無漏鍍、滲鍍現(xiàn)象， 鍍層間的結(jié)合力均合格。
2.1.2 pH 值
化學(xué)鍍錦液的 pH 值變化對 PCB 外觀及鐮/金鍍層間的結(jié)合力的影響，如圖 2 ，表 2 所示。由圖 2 可知:只有在 pH 值為 4.6 時(shí)出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象，其余鍍 層均勻，無漏鍍現(xiàn)象。由表 2 可知:當(dāng) pH 值為5. 4 時(shí)，軟板上有局部掉金現(xiàn)象，其余錦/金鍍層間的結(jié) 合力均合格。鍍鎮(zhèn)液的 pH 值過低，其活性較低， PCB 細(xì)小銅線路處易漏鍍鎮(zhèn)，導(dǎo)致金漏鍍 ;pH 值過 高，鍍鎮(zhèn)液活性高，沉積速率過快，形成的鐮鍍層較 疏松，后續(xù)進(jìn)行置換鍍金時(shí)，所得鎮(zhèn)/金鍍層間的結(jié)合力不好。
以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對 PCB 進(jìn)行化學(xué)鍍鐮/置 換鍍金時(shí)，控制化學(xué)鍍鐮液的溫度在 85 92 oC ，pH 值在 5. 0 5. 2 范圍內(nèi)，可獲得性能良好的鐮/金鍍 層。
2. 1.3 化學(xué)鍍鐮后的空停時(shí)間
化學(xué)鍍鐮后，試片表面通常有少量鍍液殘留，其仍有可能在試片表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。由于此時(shí)試片 表面溫度、pH 值及成分均處于不可控狀態(tài)，影響化學(xué)鍍鐮層的耐蝕性及外觀，因而通常需要進(jìn)行 2 3道水洗，以清除試片表面殘留的鍍液。為了分析殘 留鍍液對鍍層表面的影響，考察了化學(xué)鍍鎮(zhèn)后、水洗 之前不同空停時(shí)間對鍍層表面形貌的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，如圖 3 所示。由圖 3 可知:化學(xué)鍍錦后停留 30 s 后水洗，鍍層呈瘤狀結(jié)構(gòu)，表面光滑;化學(xué)鍍錦后停 留 6 min 后再水洗，鍍層表面局部區(qū)域有腐蝕紋。 表明試片表面的殘留鍍液能夠?qū)﹀儗釉斐梢欢ǖ母?蝕。因此，為了獲得性能良好的鐮/金鍍層，化學(xué)鍍 錦后需盡快水洗。
2.2 置換鍍金工藝參數(shù)的影晌
2.2.1 溫度
置換鍍金液的溫度變化對 PCB 外觀及鐮/金鍍 層間的結(jié)合力的影響，如圖 4，表 3 所示，其中化學(xué) 鍍鐮液的溫度為88 oc ，沉積時(shí)間為 10 min。由圖 4 及表 3 可知:在 7585 oc范圍內(nèi)進(jìn)行置換鍍金，所 得鍍層外觀良好，沉積均勻，無漏鍍、滲鍍現(xiàn)象，鍍層 間的結(jié)合力均合格。
2.2.2時(shí)間
置換鍍金的時(shí)間變化對 PCB 外觀及錦/金鍍層 間的結(jié)合力的影響，如圖 5，表 4 所示。由圖 5 及表4 可知:鍍金 10 30 min 時(shí)，所得鍍層外觀良好，沉 積均勻，鐮/金鍍層間的結(jié)合力均合格。因?yàn)閬喠蛩猁}鍍金體系沉積機(jī)理主要為鐮基體催化鍍，在置換鍍金過程中，對錦基體的腐蝕較輕。因而，沉積時(shí)間 較長時(shí)，仍可獲得性能良好的鎮(zhèn)/金鍍層。
根據(jù)以上結(jié)果，選擇亞硫酸鹽鍍金體系時(shí)，控制 鍍液溫度為 75 85 OC ，鍍金時(shí)間為 10 30 min 范 圍內(nèi)，可獲得性能良好的鐮/金鍍層。
2.3 化學(xué)鍍鎮(zhèn)/置換鍍金層性能研究
采用上述優(yōu)選的工藝在 PCB 表面化學(xué)鍍鐮/置換鍍金，并分析了所得鐮/金鍍層的性能。所得試片 的外觀形貌，如圖6，由圖 6 可知:鎮(zhèn)/金鍍層 外觀良好，沉積均勻，無漏鍍、滲鍍現(xiàn)象。
2.3.1 表面微觀形貌
優(yōu)化工藝所得化學(xué)鍍錦層、置換鍍金層的表面微觀形貌，如圖 7 所示。由國 7 可知:化學(xué)鍍鐮層表 面光滑、均勻，呈瘤狀結(jié)構(gòu);置換鍍金層為帶有小麻 點(diǎn)的瘤狀結(jié)構(gòu)。
2.3.2 S02 暴露實(shí)驗(yàn)
采用 S02 暴露實(shí)驗(yàn)檢測化學(xué)鍍鐮/置換鍍金層 的耐蝕性能。為了對比，與其他置換鍍金工藝所得鍍金層一同進(jìn)行耐 S02 腐蝕實(shí)驗(yàn)，腐蝕前、后試片 外觀，如圖 8 所示。由圖 8 可知 z 腐蝕前試片外觀為 均勻金黃色外觀，無明顯缺陷;經(jīng) S02 腐蝕氣氛暴露 24 h 后，其他鍍金工藝所得試片表面有大量褐色斑點(diǎn)。而優(yōu)化鍍金工藝所得試片表面僅有少量的褐 色斑點(diǎn)，表明優(yōu)選工藝所得鍍金層耐 S02 腐蝕能力明顯增強(qiáng)。
2.3.3 化學(xué)鍍鎮(zhèn)/置換鍍金層可焊性
將經(jīng)優(yōu)選工藝處理后的 PCB 漫入熔融后的錫-鉛焊料中 13 s，而后迅速取出，觀測 PCB 細(xì)小 焊點(diǎn)處的上錫率。結(jié)果表明:所測鍍層能均勻附著 錫-鉛焊料，鐮/金鍍層可焊性良好。焊接前、后化學(xué) 鍍錦/置換鍍金層斷面結(jié)構(gòu)的微觀形貌，如圖 9 所 示。焊接前銅/鎮(zhèn)/金界面清晰可見，如圖以a) 所 示;焊接后，金層消失，錦層與焊料形成金屬間化合 物，從而焊接牢固，如圖以b)所示。
3 結(jié)論
本文系統(tǒng)分析了 PCB 表面化學(xué)鍍鎮(zhèn)和置換鍍 金各工藝參數(shù)對鎮(zhèn)/金鍍層性能的影響。結(jié)果表明: 化學(xué)鍍鎮(zhèn)工藝參數(shù)對鍍層性能產(chǎn)生較大影響，而鍍 金工藝參數(shù)在較寬的范圍內(nèi)都能達(dá)到要求。通過實(shí) 驗(yàn)得到了優(yōu)化后的化學(xué)鍍鐮/置換鍍金工藝參數(shù)為:
化學(xué)鍍鎮(zhèn)液的溫度在 85-92 .C ，pH 值在5.0-5.2范圍內(nèi)，亞硫酸鹽鍍金液的溫度在 75-85 .C ，pH值在 6.0-7.0 ，鍍金時(shí)間在 10-30 min 范圍內(nèi)，可 獲得性能良好的錦/金鍍層。
