Technologie PCB - Panneau imprimé multicouche processus de nickelage chimique dépannage

1. Fonctions et caractéristiques de nickelage PCB multicouche

Le nickelage est utilisé comme revêtement de base pour les métaux précieux et les métaux de base sur les PCB multicouches. Il est également couramment utilisé comme couche de surface pour certains PCB simple face. Pour certaines surfaces qui s'usent sous de lourdes charges, comme les contacts de commutation. Pour les plages de contact ou l'or de la fiche, l'utilisation du nickel comme revêtement de base de l'or peut grandement améliorer la résistance à l'usure. Lorsqu'il est utilisé comme couche barrière, le nickel empêche efficacement la diffusion entre le cuivre et d'autres métaux. Le revêtement composite nickel / or mat est couramment utilisé comme revêtement métallique résistant à la corrosion et peut répondre aux exigences du soudage et du brasage par pressage à chaud. Seul le nickel peut être utilisé comme Revêtement anticorrosion contenant un agent de gravure à l'ammoniac sans soudure par pressage à chaud. Pour les PCB multicouches avec un revêtement brillant, un revêtement léger nickel / or est généralement utilisé. L'épaisseur du revêtement de nickel n'est généralement pas inférieure à 2,5 microns, typiquement 4 - 5 microns.

Le nickelage à faible contrainte des cartes de circuits imprimés multicouches utilise généralement des solutions de nickelage Watt modifiées et certaines solutions de nickelage acide aminosulfonique contenant des additifs réducteurs de contrainte.

Nous disons souvent que le nickelage sur les PCB multicouches a les propriétés du nickel lisse et du nickel mat (également appelé nickel à faible contrainte ou nickel semi - brillant). Exigences générales revêtement uniforme et délicat, faible porosité, faible contrainte, bonne ductilité

2. Acide aminosulfonique de nickel (nickel ammoniacal)

Le sulfamate de nickel est largement utilisé comme revêtement de base pour les trous métalliques plaqués et les contacts de fiches imprimées. Les contraintes internes de la couche déposée sont faibles, la dureté est élevée et la ductilité est bonne. Lorsque l'on ajoute un agent anti - stress au bain, le revêtement résultant sera légèrement contraint. Il existe de nombreuses formulations différentes pour les solutions de placage d'aminosulfonate et les formulations typiques pour les solutions de placage de nickel d'aminosulfonate sont présentées dans le tableau ci - dessous. En raison de la faible contrainte du revêtement, il a été largement utilisé, mais le sulfamate de nickel a une stabilité médiocre et un coût relativement élevé.

3. Watt de nickel modifié (sulfonickel)

La formulation modifiée de Watt de nickel utilise du sulfate de nickel et ajoute du bromure ou du chlorure de nickel. Le bromure de nickel est largement utilisé en raison des contraintes internes. Il permet de réaliser un revêtement de micro - contraintes internes a semi - brillant présentant une bonne ductilité; De plus, un tel revêtement est facilement activable pour un placage ultérieur et d'un coût relativement faible.

4. Rôle de chaque composant du placage:

Les sels principaux – le sulfate de nickel et le sulfate de nickel sont les principaux sels dans les solutions de nickel. Les sels de nickel fournissent principalement les ions Nickel - métal nécessaires au nickelage et jouent également le rôle de sels conducteurs. La concentration de la solution de nickelage varie légèrement d'un fournisseur à l'autre et la teneur admissible en sel de nickel varie considérablement. Une teneur élevée en sel de nickel, une densité de courant cathodique élevée et une vitesse de dépôt rapide peuvent être utilisées. Il est généralement utilisé pour le nickelage épais à grande vitesse. Cependant, si la concentration est trop élevée, la polarisation de la cathode sera réduite, la capacité de dispersion sera faible et la perte de sortie du placage sera importante. La faible teneur en sels de nickel, la vitesse de dépôt est faible, mais la capacité de dispersion est bonne, ce qui permet d'obtenir un revêtement cristallin fin et brillant.

Tampon – utilisez de l’acide borique comme tampon pour maintenir le pH de la solution nickelée dans une certaine plage. Il a été démontré en pratique que l'efficacité du courant cathodique diminue lorsque le pH de la solution de nickelage est trop bas; Lorsque le pH est trop élevé, le pH de la couche liquide proche de la surface de la cathode augmente rapidement en raison de la précipitation continue de H 2, ce qui entraîne la formation de colloïdes de ni (OH) 2. L'ajout de ni (OH) 2 dans le revêtement augmente la fragilité du revêtement. Dans le même temps, l'adsorption de colloïdes de ni (OH) 2 à la surface de l'électrode provoque également la rétention de bulles d'hydrogène à la surface de l'électrode, augmentant la porosité du revêtement. L'acide borique a non seulement un effet tampon de pH, mais peut également améliorer la polarisation cathodique, améliorant ainsi les propriétés de placage et réduisant le phénomène de "cokéfaction" à haute densité de courant. La présence d'acide borique est également bénéfique pour améliorer les propriétés mécaniques du revêtement.

Activateur d'anode - À l'exception des anodes insolubles utilisées dans les solutions de nickelage au sulfate, les anodes solubles sont utilisées dans d'autres types de procédés de nickelage. Les anodes en nickel sont facilement passivées lors de la mise sous tension et, pour garantir une dissolution normale de l'anode, une certaine quantité d'activateur d'anode est ajoutée au bain de placage. Les résultats montrent que l'ion chlorure d'hydrogène est le meilleur activateur pour les anodes de nickel. Dans les solutions de nickelage contenant du chlorure de nickel, le chlorure de nickel agit non seulement comme sel principal et comme sel conducteur, mais aussi comme activateur d'anode. Dans les solutions de nickelage ne contenant pas de chlorure de nickel ou à faible teneur, une certaine quantité de chlorure de sodium doit être ajoutée en fonction des circonstances réelles. Le bromure de nickel ou le chlorure de nickel sont également fréquemment utilisés comme agents anti - stress pour maintenir les contraintes internes du revêtement et lui donner un aspect semi - brillant.

Additifs - le composant principal de l'additif est l'éliminateur de stress. L'ajout d'un agent d'élimination des contraintes améliore la polarisation cathodique de la solution de placage et réduit les contraintes internes du revêtement. Au fur et à mesure que la concentration de l'agent d'élimination des contraintes change, la contrainte interne du revêtement peut passer de la contrainte de traction à la contrainte de compression. Les additifs courants sont l'acide naphtalènesulfonique P - toluènesulfonamide saccharine, etc. l'ajout d'un réducteur de stress dans le placage permet d'obtenir un placage uniforme, fin et semi - brillant par rapport au placage de nickel sans agent anti - stress. En général, les agents d'élimination du stress sont ajoutés en ampères pendant une heure (les additifs spécifiques à la combinaison universelle comprennent maintenant des inhibiteurs de sténopores, etc.).

Agent mouillant - au cours du processus de placage, l'hydrogène est inévitablement dégagé sur la cathode. La précipitation d'hydrogène réduit non seulement l'efficacité du courant cathodique, mais provoque également l'apparition de trous d'épingle dans le revêtement, car des bulles d'hydrogène restent à la surface de l'électrode. La porosité de la couche nickelée est relativement élevée. Afin de réduire ou d'éviter les trous d'aiguille, une petite quantité d'agent mouillant, tel que le Laurylsulfate de sodium, doit être ajoutée au placage. Le sulfate de diéthylhexylsulfate de sodium octylsulfate de sodium est un tensioactif anionique qui peut être adsorbé à la surface de la cathode, réduisant la tension interfaciale entre l'électrode et la solution, Et réduire l'angle de contact de mouillage des bulles d'hydrogène sur l'électrode, de sorte que les bulles quittent facilement la surface de l'électrode, empêchant ou réduisant la création de trous d'épingle de revêtement.

5. Maintenance du liquide de placage

A. température - différents processus de nickel utilisent différentes températures de placage. Les effets des variations de température sur le processus de nickelage sont complexes. Dans une solution de nickelage à haute température, le revêtement de nickel obtenu présente de faibles contraintes internes et une bonne ductilité. La stabilisation des contraintes internes du revêtement est atteinte lorsque la température est portée à 50°C. En général, la température de fonctionnement est maintenue à 55 - 60 ° c. Si la température est trop élevée, le sel de nickel subit une hydrolyse et le colloïde d'hydroxyde de nickel résultant retient les bulles d'hydrogène colloïdal, provoquant l'apparition de trous d'épingle dans le revêtement et réduisant la polarisation cathodique. Par conséquent, la température de fonctionnement est très stricte et doit être contrôlée dans les limites spécifiées. Dans le travail réel, un contrôleur de température normale est utilisé pour maintenir la stabilité de sa température de fonctionnement en fonction des valeurs optimales de contrôle de la température fournies par le fournisseur.

B. pH - les résultats de la pratique montrent que le pH de l'électrolyte nickelé a une grande influence sur les propriétés du revêtement et de l'électrolyte. Dans une solution de placage acide fort à pH 2, il n'y a pas de dépôt de nickel métallique, mais plutôt de précipitation de gaz légers. Généralement, le pH de l'électrolyte nickelé utilisé pour les PCB multicouches est maintenu entre 3 et 4. Les solutions de nickelage à pH plus élevé ont une force de dispersion plus élevée et une efficacité de courant cathodique plus élevée. Cependant, lorsque le pH est trop élevé, le pH du revêtement près de la surface de la cathode augmente rapidement en raison du dégagement constant de gaz légers par la cathode pendant le placage. Lorsqu'il est supérieur à 6, un colloïde léger d'oxyde de nickel est créé, ce qui entraîne la rétention de bulles d'hydrogène et de trous d'épingle dans le revêtement. L'ajout d'hydroxyde de nickel au revêtement augmente également la fragilité du revêtement. Les solutions de nickelage à pH inférieur ont une meilleure solubilité anodique, peuvent augmenter la teneur en sels de nickel dans l'électrolyte et permettre l'utilisation de densités de courant plus élevées, renforçant ainsi la production. Cependant, si le pH est trop bas, la plage de température pour obtenir un revêtement brillant se rétrécira. L'addition de carbonate de nickel ou de carbonate basique de nickel augmente le pH; On ajoute de l'Acide sulfamique ou de l'acide sulfurique pour abaisser le pH. Pendant le fonctionnement, le pH est vérifié et ajusté toutes les quatre heures.

C. Anode - actuellement, le nickelage conventionnel des PCB multicouches utilise une anode soluble, l'utilisation d'un panier en titane comme anode pour installer des coins en nickel est assez courante. L'avantage de ce modèle d'utilité est qu'il est possible de rendre la surface de l'anode suffisamment grande sans changement et que l'entretien de l'anode est relativement simple. Le panier en titane doit être placé dans un sac anodique en matériau polypropylène pour empêcher la boue anodique de tomber dans le placage. Et nettoyez et vérifiez régulièrement que les oeillets sont ouverts. Les nouveaux sacs anodiques doivent être trempés dans de l'eau bouillante avant utilisation.

D. purification - lorsque le liquide de placage est contaminé par des matières organiques, il doit être traité au charbon actif. Cependant, cette méthode élimine généralement certains agents de réduction du stress (additifs) et doit être complétée. Le processus de traitement est le suivant;

(1) retirer l'anode, ajouter de l'eau déminéralisée 5 ml / L, chauffer (60 - 80 ° c), vaporiser (agitation à l'air) pendant 2 heures.

(2) quand il y a plus d'impuretés organiques, ajouter 3 - 5 ml / LR de traitement au peroxyde d'hydrogène à 30% et agiter avec de l'air pendant 3 heures.

(3) ajouter 3 - 5 g / l d'agent actif en poudre sous agitation continue, continuer l'agitation à l'air pendant 2 heures, fermer l'agitation et laisser reposer pendant 4 heures, ajouter la poudre d'agent d'aide à la filtration tout en filtrant avec un réservoir de rechange et en nettoyant la cartouche.

(4) Nettoyage et entretien de l'anode, en utilisant une plaque de fer ondulé nickelé comme cathode, en faisant glisser le cylindre pendant 8 à 12 heures à une densité de courant de 0,5 à 0,1a / décimètre carré (également fréquemment utilisé lorsque la contamination inorganique est présente dans le placage et affecte la qualité)

(5) Remplacement de la cartouche filtrante (généralement avec un ensemble de noyaux de coton et un ensemble de noyaux de carbone pour la filtration continue en série, peut être remplacé périodiquement, peut retarder efficacement un plus grand temps de traitement et améliorer la stabilité du placage. L'analyse ajuste divers paramètres. Ajouter un agent mouillant pour le placage à l'essai.

E) Analyse – le placage doit être analysé périodiquement pour la composition du placage et les essais en bassin de Hull en utilisant les points de spécification du processus spécifiés dans le contrôle du processus et en guidant le Département de production pour ajuster les paramètres du placage en fonction des paramètres obtenus.

F) agitation – comme dans d’autres procédés de placage, l’agitation vise à accélérer le processus de transfert de masse, à réduire les variations de concentration et à augmenter la limite supérieure de la densité de courant admissible. L'agitation de la solution de placage joue également un rôle très important dans la réduction ou la prévention des trous d'épingle dans le placage de nickel. Au cours du processus de placage, les ions de placage près de la surface de la cathode sont pauvres, dégageant de grandes quantités d'hydrogène qui font monter le pH, créant des colloïdes d'hydroxyde de nickel qui provoquent des bulles d'hydrogène et la rétention de trous d'épingle. Les phénomènes ci - dessus peuvent être éliminés en renforçant l'agitation de la solution de placage restante. Mouvement cathodique à air comprimé couramment utilisé et circulation forcée (combinée à la filtration et à l'agitation des noyaux de carbone et de coton).

G) densité de courant cathodique - influence de la densité de courant cathodique sur l'efficacité du courant cathodique la vitesse de dépôt et la qualité du revêtement sont affectées. Les résultats montrent que l'efficacité du courant cathodique augmente avec l'augmentation de la densité de courant dans la zone de faible densité de courant lorsque le nickelage est effectué dans un électrolyte à faible pH; Dans les zones à forte densité de courant, l'efficacité du courant cathodique n'est pas liée à la densité de courant, mais lorsque des solutions de nickelage à pH élevé sont utilisées, le taux de courant cathodique est peu lié à la densité de courant.

Comme pour les autres types de placage, la plage de densité de courant cathodique choisie pour le nickelage doit également dépendre de la composition du placage. En fonction de la température et des conditions de mélange, en raison de la grande surface du PCB multicouche, les densités de courant sont très différentes entre les zones à courant élevé et les zones à faible courant, et 2A / dm2 convient généralement.

6. Causes et méthodes de dépannage

A) la fosse: la fosse est le résultat de la pollution organique. Les grandes fosses indiquent généralement la présence d'huile. Si l'agitation n'est pas bonne, les bulles ne peuvent pas être évacuées, créant ainsi une fosse. Des agents mouillants peuvent être utilisés pour réduire leurs effets. Nous l'appelons généralement un petit trou d'épingle, le prétraitement est mauvais quel type de contenu en acide borique métallique vous avez est trop faible lorsque la température du bain est trop basse pour créer un trou d'épingle. L'entretien du bain et le contrôle du processus sont essentiels. Les inhibiteurs de trou d'épingle sont appliqués comme stabilisateurs de processus.

B) bavures rugueuses: rugosité signifie que la solution devient sale et peut être corrigée par une filtration adéquate (si le pH est trop élevé, il est facile de former un précipité d'hydroxyde qui doit être contrôlé. Si la densité de courant est trop élevée, la boue d'anode impure et l'eau de recharge peuvent apporter des impuretés et, dans les cas graves, produire des aspérités et des bavures.

C) faible adhérence: si le revêtement de cuivre n'est pas complètement oxydé, le revêtement s'écaille et l'adhérence entre le cuivre et le nickel est mauvaise. Si le courant est interrompu, il en résulte un auto - pelage du revêtement de nickel lorsqu'il est interrompu, ainsi qu'un pelage lorsque la température est trop basse.

D) Mauvaise soudabilité fragile du revêtement: lorsque le revêtement est plié ou usé à un certain degré, il expose généralement la fragilité du revêtement. Cela indique la présence d'une contamination par des matières organiques ou des métaux lourds ainsi qu'un excès d'additifs. Les matières organiques entraînées et les agents anti - placage sont les principales sources de contamination par les matières organiques et doivent être traités au charbon actif. Un apport insuffisant et un pH trop élevé peuvent également affecter la fragilité du revêtement.

E) assombrissement du revêtement et coloration inégale: assombrissement du revêtement et coloration inégale indiquent une contamination métallique. Parce que le placage de cuivre est généralement suivi par le placage de nickel, la solution de cuivre apportée est la principale source de pollution. Il est important de minimiser la solution de cuivre sur le cintre. Pour éliminer la contamination métallique du réservoir, en particulier les solutions d'élimination du cuivre, il convient d'utiliser des cathodes en acier ondulé. À une densité de courant de 2 ~ 5 ampères par pied carré, le placage à vide est de 5 ampères par gallon de solution pendant une heure. Pré - traitement mauvais placage faible densité de courant faible concentration de sel principal faible faible contact avec le circuit d'alimentation de placage peut affecter la couleur du placage.

F) brûlures de revêtement: causes possibles de brûlures de revêtement: acide borique insuffisant et concentration en sels métalliques basse température de fonctionnement basse densité de courant trop élevée pH trop élevé ou mélange insuffisant.

G) faible taux de dépôt: un faible pH ou une faible densité de courant peut entraîner un faible taux de dépôt.

H) cloquage ou écaillage du revêtement: mauvais traitement avant placage temps de coupure intermédiaire trop long densité de courant de contamination par des impuretés organiques température trop basse pH trop élevé ou trop faible les impuretés peuvent apparaître lorsque les effets sont graves.

1. Passivation anodique: activateur d'anode insuffisant, surface anodique trop petite, densité de courant trop élevée.