PCB Tecnico - Risoluzione dei problemi del processo di nichelatura elettroless per PCB multistrato

1. Funzione e caratteristiche di nichelatura su PCB multistrato

La nichelatura è utilizzata come rivestimento del substrato di metalli preziosi e di base su PCB multistrato. È anche comunemente usato come strato superficiale per alcuni PCB unilaterali. Per alcune superfici usurate sotto carico pesante, come i contatti dell'interruttore Per il pezzo di contatto o l'oro della spina, il nichel viene utilizzato come rivestimento del substrato dell'oro, che può notevolmente migliorare la resistenza all'usura. Quando utilizzato come barriera, il nichel può efficacemente impedire la diffusione tra rame e altri metalli. Il rivestimento composito Dumb nichel / oro è spesso utilizzato come rivestimento metallico anti incisione e può soddisfare i requisiti della saldatura a caldo della pressa e della brasatura. Solo il nichel può essere utilizzato come rivestimento anticorrosivo contenente ammoniaca senza saldatura a caldo. Per PCB multistrato con rivestimento luminoso, viene solitamente utilizzato nichel leggero / rivestimento oro. Lo spessore del rivestimento di nichel è generalmente non inferiore a 2,5 micron, solitamente 4-5 micron.

Lo strato di deposizione di nichel a basso stress del PCB multistrato è solitamente placcato con la soluzione modificata di nichelatura di watt e alcune soluzioni di nichelatura di acido solfammico con additivi che riducono lo stress.

Spesso diciamo che la nichelatura su PCB multistrato ha le caratteristiche di nichel liscio e nichel muto (noto anche come nichel a bassa tensione o nichel semi brillante). Generalmente, il rivestimento è richiesto per essere uniforme e fine, bassa porosità, bassa tensione e buona duttilità

2. Solfamato di nichel (nichel ammoniaca)

Il solfammato di nichel è ampiamente usato come rivestimento del substrato sulla galvanizzazione del foro metallizzato e sul contatto stampato della spina. Lo sforzo interno dello strato depositato è basso Alta durezza e eccellente duttilità. Quando un agente antistress viene aggiunto al bagno, il rivestimento risultante sarà leggermente sollecitato. Ci sono molte formulazioni diverse della soluzione di placcatura del solfammato e la formulazione tipica della soluzione di placcatura del nichel del solfammato è mostrata nella tabella sottostante. A causa della bassa sollecitazione del rivestimento, è stato ampiamente utilizzato, ma la stabilità del solfammato di nichel è scarsa e il suo costo è relativamente alto.

3. Modificato watt nichel (nichel zolfo)

La formula modificata del nichel di watt adotta il solfato di nichel, insieme all'aggiunta del bromuro di nichel o del cloruro di nichel. A causa dello stress interno, il bromuro di nichel è principalmente utilizzato. Può produrre un semi - luminoso Un po 'di stress interno Rivestimento con buona duttilità; Inoltre, questo rivestimento è facile da attivare per la successiva galvanizzazione e il costo è relativamente basso.

4. Funzione di ogni componente della soluzione di placcatura:

Sali principali - solfammato di nichel e solfato di nichel sono i sali principali nella soluzione di nichel. Il sale di nichel fornisce principalmente ioni metallici di nichel necessari per la nichelatura e svolge anche il ruolo di sale conduttivo. La concentrazione della soluzione di nichelatura varia leggermente con i diversi fornitori e il contenuto ammissibile di sale di nichel varia notevolmente. L'alto contenuto di sale di nichel, l'alta densità di corrente catodica e la velocità di deposizione veloce possono essere utilizzati. È comunemente usato per nichelatura spessa ad alta velocità. Tuttavia, se la concentrazione è troppo alta, la polarizzazione catodica sarà ridotta, la capacità di dispersione sarà scarsa e la perdita della soluzione di placcatura sarà grande. Il contenuto di sale di nichel è basso, la velocità di deposizione è bassa, ma la capacità di dispersione è molto buona e il rivestimento cristallino fine e luminoso può essere ottenuto.

Buffer - acido borico è usato come tampone per mantenere il valore pH della soluzione di nichelatura entro un certo intervallo. La pratica ha dimostrato che quando il valore pH della soluzione di nichelatura è troppo basso, l'efficienza della corrente catodica sarà ridotta; Quando il valore pH è troppo alto, a causa della precipitazione continua di H2, il valore pH dello strato liquido vicino alla superficie del catodo aumenta rapidamente, con conseguente formazione di Ni (OH) 2 colloide. L'inclusione di Ni (OH) 2 nel rivestimento aumenta la fragilità del rivestimento. Allo stesso tempo, l'adsorbimento del colloide Ni (OH) 2 sulla superficie dell'elettrodo causerà anche la ritenzione di bolle di idrogeno sulla superficie dell'elettrodo e aumenterà la porosità del rivestimento. L'acido borico non solo ha effetto tampone del pH, ma può anche migliorare la polarizzazione catodica, in modo da migliorare le prestazioni del bagno e ridurre il fenomeno di "coking" sotto alta densità di corrente. L'esistenza di acido borico favorisce anche il miglioramento delle proprietà meccaniche del rivestimento.

Attivatore di anodi - tranne che l'anodo insolubile è utilizzato nella soluzione di nichelatura solfata, l'anodo solubile è utilizzato in altri tipi di processi di nichelatura. L'anodo del nichel è facile da passivare durante l'accensione. Al fine di garantire la dissoluzione normale dell'anodo, una certa quantità di attivatore dell'anodo è aggiunta alla soluzione di placcatura. Si è scoperto che CI - cloruro ione è il miglior attivatore dell'anodo del nichel. Nella soluzione di nichelatura contenente cloruro di nichel, il cloruro di nichel non solo agisce come sale principale e sale conduttivo, ma agisce anche come attivatore dell'anodo. Nella soluzione di nichelatura senza cloruro di nichel o a basso contenuto, è aggiunta una certa quantità di cloruro di sodio a seconda della situazione reale. Il bromuro di nichel o il cloruro di nichel è spesso utilizzato anche come agente di sollievo dallo stress per mantenere lo stress interno del rivestimento e dare al rivestimento un aspetto semi luminoso.

Additivo - il componente principale dell'additivo è l'agente di riduzione dello stress. L'aggiunta dell'agente antistress migliora la polarizzazione catodica della soluzione di placcatura e riduce lo stress interno del rivestimento. Con il cambiamento della concentrazione dell'agente di riduzione dello sforzo, lo sforzo interno del rivestimento può essere cambiato da sforzo di trazione a sforzo di compressione. Gli additivi comuni sono l'acido solfonico P-toluenesulfonamide saccarina, ecc. Rispetto al rivestimento di nichel senza agente di sollievo dallo stress, l'aggiunta di agente di sollievo dallo stress nella soluzione di placcatura otterrà un rivestimento uniforme, fine e semi luminoso. Di solito, l'agente di sollievo dallo stress viene aggiunto secondo ampere per un'ora (ora gli additivi speciali della combinazione generale includono l'inibitore del foro pinolo, ecc.).

Agente bagnante - nel processo di galvanizzazione, la precipitazione di idrogeno sul catodo è inevitabile. La precipitazione dell'idrogeno non solo riduce l'efficienza della corrente catodica, ma provoca anche fori di spillo nel rivestimento a causa della ritenzione di bolle di idrogeno sulla superficie dell'elettrodo. La porosità dello strato di nichelatura è relativamente alta. Al fine di ridurre o prevenire i fori di spillo, una piccola quantità di agente bagnante, come il solfato di dodecile di sodio, dovrebbe essere aggiunta alla soluzione di placcatura Sodio dietilessilo solfato Sodio ottile solfato è un tensioattivo anionico, che può essere adsorbito sulla superficie del catodo, ridurre la tensione interfacciale tra l'elettrodo e la soluzione, e ridurre l'angolo di contatto bagnato delle bolle di idrogeno sull'elettrodo, in modo che le bolle siano facili da lasciare la superficie dell'elettrodo e prevenire o ridurre la generazione di fori di rivestimento.

5. Manutenzione della soluzione di placcatura

a. Temperatura - diversi processi di nichel utilizzano diverse temperature del bagno. L'influenza del cambiamento di temperatura sul processo di nichelatura è complessa. Nella soluzione di nichelatura a temperatura più elevata, il rivestimento di nichel ottenuto ha bassa tensione interna e buona duttilità. Quando la temperatura è aumentata a 50 ° C, lo sforzo interno del rivestimento raggiunge stabilità. Generalmente, la temperatura di funzionamento è mantenuta a 55-60 ° C. Se la temperatura è troppo alta, si verificherà l'idrolisi del sale di nichel e il colloide generato dell'idrossido di nichel manterrà le bolle colloidali di idrogeno, con conseguente fori di spillo nel rivestimento e ridurrà la polarizzazione catodica. Pertanto, la temperatura di lavoro è molto rigorosa e dovrebbe essere controllata entro l'intervallo specificato. Nel lavoro effettivo, il regolatore di temperatura normale è utilizzato per mantenere la stabilità della sua temperatura di lavoro secondo il valore ottimale di controllo della temperatura fornito dal fornitore.

b. valore PH - i risultati della pratica mostrano che il valore pH dell'elettrolita nichelato ha una grande influenza sulle proprietà del rivestimento e dell'elettrolita. Nella soluzione di galvanizzazione acida forte con pH 2, non c'è deposizione di nichel metallico, ma il gas leggero viene precipitato. Generalmente, il valore di pH dell'elettrolita di nichelatura per PCB multistrato è mantenuto tra 3-4. La soluzione di nichelatura con più alto valore di pH ha maggiore forza di dispersione e maggiore efficienza della corrente catodica. Tuttavia, quando il pH è troppo alto, a causa della continua precipitazione di gas leggero dal catodo durante il processo di galvanizzazione, il valore del pH del rivestimento vicino alla superficie del catodo aumenta rapidamente. Quando è maggiore di 6, verrà generato colloide leggero di ossido di nichel, con conseguente ritenzione di bolle di idrogeno e fori di spillo nel rivestimento. L'inclusione di idrossido di nichel nel rivestimento aumenterà anche la fragilità del rivestimento. La soluzione di nichelatura con pH inferiore ha una migliore dissoluzione anodica, che può migliorare il contenuto di sale di nichel nell'elettrolita e consentire l'uso di una maggiore densità di corrente, in modo da rafforzare la produzione. Tuttavia, se il pH è troppo basso, l'intervallo di temperatura per ottenere un rivestimento luminoso sarà ristretto. L'aggiunta di carbonato di nichel o di carbonato di nichel base aumenta il valore del pH; Aggiungere acido solfammico o acido solforico per ridurre il valore del pH. Controllare e regolare il valore del pH ogni quattro ore durante il funzionamento.

c. Anodo - attualmente, la nichelatura convenzionale del PCB multistrato adotta l'anodo solubile ed è abbastanza comune usare il cesto di titanio come anodo per installare l'angolo del nichel. Il modello di utilità ha i vantaggi che l'area dell'anodo può essere fatta abbastanza grande senza cambiamento e la manutenzione dell'anodo è relativamente semplice. Il cesto di titanio deve essere messo nel sacchetto dell'anodo fatto di materiale polipropilene per evitare che il fango dell'anodo cada nella soluzione di placcatura. E pulire regolarmente e controllare se l'occhiello è sbloccato. I sacchetti nuovi dell'anodo devono essere immersi in acqua bollente prima dell'uso.

d. Purificazione - quando la soluzione di placcatura è inquinata da materia organica, dovrebbe essere trattata con carbone attivo. Tuttavia, questo metodo di solito rimuove alcuni agenti antistress (additivi) e deve essere integrato. Il processo di trattamento è il seguente:

(1. estrarre l'anodo, aggiungere acqua di rimozione dell'impurità 5ml/L, calore (60-80 ° C), pompaggio dell'aria (agitazione dell'aria) per 2 ore.

(2) quando ci sono molte impurità organiche, aggiungere 3-5ml/LR di 30% di perossido di idrogeno per il trattamento e mescolare con aria per 3 ore.

(3) aggiungere 3-5g/L di attività in polvere sotto agitazione continua, continuare a mescolare l'aria per 2 ore, spegnere la mescolanza e riposare per 4 ore, aggiungere polvere di aiuto del filtro, utilizzare il serbatoio in attesa per filtrare e pulire il cilindro allo stesso tempo.

(4. pulire e mantenere l'anodo, utilizzare il piatto di ferro ondulato placcato con nichel come catodo e trascinare il cilindro per 8-12 ore sotto la densità corrente di 0,5-0,1 A / decimetro quadrato (è anche spesso usato quando l'inquinamento inorganico esiste nella soluzione di placcatura e influisce sulla qualità)

(5) cambiare l'elemento filtrante (generalmente, un gruppo di nuclei di cotone e un gruppo di nuclei di carbonio sono utilizzati per la filtrazione continua in serie. Può essere cambiato periodicamente, che può ritardare efficacemente il grande tempo di trattamento e migliorare la stabilità della soluzione di placcatura. Analizzare e regolare vari parametri. Aggiungere agente bagnante additivo per testare placcatura.

e) Analisi - la soluzione di placcatura dovrebbe utilizzare i punti chiave della specifica di processo specificata nel controllo di processo per analizzare regolarmente la composizione della soluzione di placcatura e test della cella dello scafo e guidare il dipartimento di produzione per regolare i parametri della soluzione di placcatura secondo i parametri ottenuti.

f) Mescolare - come altri processi di galvanizzazione, lo scopo della miscelazione è di accelerare il processo di trasferimento di massa, ridurre il cambiamento di concentrazione e aumentare il limite superiore della densità di corrente ammissibile. Mescolare la soluzione di placcatura svolge anche un ruolo molto importante nel ridurre o prevenire i fori di spillatura nello strato di nichelatura. Nel processo di galvanizzazione, gli ioni di placcatura vicino alla superficie del catodo sono poveri e una grande quantità di idrogeno viene precipitata, il che aumenta il valore del pH e produce il colloide dell'idrossido di nichel, con conseguente ritenzione di bolle di idrogeno e fori di spillo. Il fenomeno di cui sopra può essere eliminato rafforzando la mescolanza della soluzione di placcatura rimanente. Movimento catodico comunemente usato e circolazione forzata (combinato con filtrazione e agitazione del nucleo di carbonio e cotone).

g) Densità di corrente catodica - l'effetto della densità di corrente catodica sull'efficienza della corrente catodica Il tasso di deposizione e la qualità del rivestimento sono influenzati. I risultati mostrano che l'efficienza della corrente catodica aumenta con l'aumento della densità di corrente nella regione a bassa densità di corrente quando la nichelatura viene effettuata nell'elettrolita con basso pH; Nella regione ad alta densità di corrente, l'efficienza della corrente catodica non ha nulla a che fare con la densità di corrente, ma quando si utilizza la soluzione di galvanizzazione del nichel ad alto pH, l'efficienza della corrente catodica ha poco a che fare con la densità di corrente.

Come altri tipi di placcatura, la gamma di densità di corrente catodica selezionata per la nichelatura dovrebbe anche dipendere dalla composizione della soluzione di placcatura A seconda della temperatura e delle condizioni di miscelazione, a causa della grande area del PCB multistrato, la densità di corrente nell'area ad alta corrente e nell'area a bassa corrente è molto diversa e 2A / DM2 è generalmente adatto.

6. Cause di guasto e risoluzione dei problemi

a) Pozzo di canapa: Pozzo di canapa è il risultato dell'inquinamento organico. Grandi pozzi di solito indicano contaminazione da olio. Se la miscelazione non è buona, le bolle non possono essere espulse, che formeranno pozzi di canapa. L'agente bagnante può essere utilizzato per ridurre il suo effetto. Di solito chiamiamo fori di spillo piccoli pozzi, e il pretrattamento è povero Che tipo di metallo hai il contenuto di acido borico è troppo basso I pinholes saranno prodotti quando la temperatura del bagno è troppo bassa. La manutenzione del bagno e il controllo del processo sono la chiave. L'inibitore del pinhole deve essere utilizzato come stabilizzatore di processo.

b) Burra ruvida: rugosità significa che la soluzione è sporca, che può essere corretta con filtrazione completa (se il pH è troppo alto, la precipitazione di idrossido è facile da formare, che dovrebbe essere controllata. Se la densità corrente è troppo alta, le impurità saranno introdotte da fango anodico impuro e acqua di trucco, che produrrà rugosità e sbavatura in casi gravi.

c) Bassa adesione: se il rivestimento di rame non è completamente ossidato, il rivestimento si stacca e l'adesione tra rame e nichel è scarsa. Se la corrente viene interrotta, causerà l'auto sbucciatura del rivestimento di nichel all'interruzione e si verificherà anche quando la temperatura è troppo bassa.

d) Il rivestimento è fragile Scarsa saldabilità: quando il rivestimento è piegato o usurato in una certa misura, la fragilità del rivestimento è solitamente esposta. Ciò indica che c'è materia organica o inquinamento da metalli pesanti e troppi additivi La materia organica entrata e resistenza galvanica sono le principali fonti di inquinamento da materia organica, che deve essere trattata con carbone attivo. L'aggiunta insufficiente e l'alto pH influenzeranno anche la fragilità del rivestimento.

e) Rivestimento oscurante e colore irregolare: rivestimento oscurante e colore irregolare indicano inquinamento metallico. Poiché la placcatura di rame è generalmente seguita dalla nichelatura, la soluzione di rame introdotta è la principale fonte di inquinamento. È importante ridurre al minimo la soluzione di rame sul gancio. Per rimuovere l'inquinamento metallico nel serbatoio, in particolare la soluzione di rimozione del rame, dovrebbe essere utilizzato il catodo d'acciaio ondulato. Ad una densità di corrente di 2 ~ 5 A / piede quadrato, placcatura vuota di 5 ampere per gallone di soluzione per un'ora. Scarso pretrattamento Scarso placcatura bassa La densità di corrente è troppo bassa La concentrazione principale di sale è troppo bassa Il contatto inadeguato del circuito di potenza galvanizzante influenzerà il colore del rivestimento.

f) Bruciatura del rivestimento: possibili cause di bruciatura del rivestimento: acido borico insufficiente e bassa concentrazione di sale metallico La temperatura di funzionamento è troppo bassa La densità corrente è troppo alta PH è troppo alta o la miscelazione è insufficiente.

g) Basso tasso di deposizione: basso valore di pH o bassa densità di corrente causerà basso tasso di deposizione.

h) Blistering o peeling del rivestimento: cattivo trattamento prima della placcatura Il tempo di spegnimento intermedio è troppo lungo Contaminazione da impurità organiche Densità eccessiva di corrente La temperatura è troppo bassa PH è troppo alta o troppo bassa Blistering o peeling si verificherà quando l'influenza delle impurità è grave.

1. passivazione dell'anodo: l'attivatore dell'anodo è insufficiente, l'area dell'anodo è troppo piccola e la densità corrente è troppo alta.