PCB科技 - 多層印製板化學鍍鎳工藝故障排除

1 表面鍍鎳的作用和特點 多層PCB

鍍鎳被用作多層PCB上貴金屬和賤金屬的基底塗層。 它也常用作某些單面印刷電路板的表面層。 對於一些在重載下磨損的表面，如接觸件的開關觸點或插頭金，使用鎳作為金的基底塗層，這可以大大提高耐磨性。 當用作屏障時，鎳可以有效防止銅和其他金屬之間的擴散。 啞鎳/金複合鍍層通常用作抗腐蝕金屬鍍層，可以滿足熱壓焊接和釺焊的要求。 只有鎳可以用作含有氨蝕刻劑的防腐塗層，而無需熱壓焊接。 對於具有光亮塗層的多層PCB，通常使用淺色鎳/金塗層。 鎳塗層的厚度通常不小於2.5微米，通常為4-5微米。

多層印製板的低應力鎳沉積層通常鍍有改性瓦特鍍鎳液和一些含有應力降低添加劑的氨基磺酸鍍鎳液。

我們常說多層PCB上的鍍鎳具有光滑鎳和啞鎳（也稱為低應力鎳或半光亮鎳）的特點。 一般來說，塗層要求均勻、精細、低孔隙率、低應力和良好的延展性

2、氨基磺酸鎳（氨鎳）

氨基磺酸鎳廣泛用作金屬化孔電鍍和印刷插頭觸點的基底塗層。 沉積層內應力低，硬度高，延展性好。 當向鍍液中添加應力消除劑時，所得塗層將受到輕微應力。 氨基磺酸鹽鍍液有許多不同的配方，氨基磺酸鹽鍍鎳液的典型配方如下表所示。 由於塗層的應力較低，囙此得到了廣泛的應用，但氨基磺酸鎳的穩定性較差，成本相對較高。

3、改性瓦特鎳（硫鎳）

改良的瓦特鎳配方採用硫酸鎳，並添加溴化鎳或氯化鎳。 由於內應力，溴化鎳被廣泛使用。 它可以產生半光亮、少量內應力的塗層，具有良好的延展性； 此外，該塗層易於活化以用於後續電鍍，並且成本相對較低。

4、鍍液各組分的作用：

主要鹽-氨基磺酸鎳和硫酸鎳是鎳溶液中的主要鹽。 鎳鹽主要提供鍍鎳所需的鎳金屬離子，也起到導電鹽的作用。 不同供應商的鍍鎳液濃度略有不同，鎳鹽的允許含量差异很大。 可以使用高鎳鹽含量、高陰極電流密度和快速沉積速度。 它通常用於高速厚鍍鎳。 但是，如果濃度過高，陰極極化會降低，分散能力會較差，鍍液的帶出損耗會很大。 鎳鹽含量低，沉積速度低，但分散能力很好，可以獲得精細明亮的晶體塗層。

緩衝液-使用硼酸作為緩衝液，將鍍鎳溶液的pH值保持在一定範圍內。 實踐證明，當鍍鎳溶液的pH值過低時，陰極電流效率會降低； 當pH值過高時，由於H2的連續沉澱，靠近陰極表面的液體層的pH值迅速新增，導致形成Ni（OH）2膠體。 在塗層中加入Ni（OH）2會新增塗層的脆性。 同時，Ni（OH）2膠體在電極表面的吸附也會導致氫氣泡滯留在電極表面，新增塗層的孔隙率。 硼酸不僅具有pH緩衝作用，而且可以改善陰極極化，從而改善鍍液效能，减少高電流密度下的“結焦”現象。 硼酸的存在也有利於提高塗層的力學性能。

陽極活化劑-除硫酸鹽鍍鎳溶液中使用不溶性陽極外，其他類型的鍍鎳工藝中也使用可溶性陽極。 鎳陽極在通電期間容易鈍化。 為了保證陽極的正常溶解，在鍍液中加入一定量的陽極活化劑。 結果表明，氯離子是最佳的鎳陽極活化劑。 在含有氯化鎳的鍍鎳溶液中，氯化鎳不僅是主鹽和導電鹽，而且還是陽極活化劑。 在不含氯化鎳或含量低的鍍鎳溶液中，應根據實際情況加入一定量的氯化鈉。 溴化鎳或氯化鎳也經常用作應力消除劑，以保持塗層的內應力，並使塗層呈現半光亮的外觀。

添加劑-添加劑的主要成分是應力消除劑。 應力消除劑的添加改善了鍍液的陰極極化，並降低了塗層的內應力。 隨著應力消除劑濃度的變化，塗層的內應力可以從拉應力變為壓應力。 常用的添加劑有萘磺酸對甲苯磺醯胺糖精等。與不含應力消除劑的鎳鍍層相比，在鍍液中加入應力消除劑可獲得均勻、精細、半光亮的鍍層。 通常，應力消除劑按安培數添加一小時（現在一般組合專用添加劑包括針孔抑制劑等）。

潤濕劑-在電鍍過程中，氫不可避免地沉澱在陰極上。 氫沉澱不僅降低了陰極電流效率，而且由於氫氣泡滯留在電極表面而導致塗層中出現針孔。 鍍鎳層的孔隙率相對較高。 為了减少或防止針孔，應向鍍液中添加少量潤濕劑，如十二烷基硫酸鈉。二乙基己基硫酸鈉-辛基硫酸鈉是一種陰離子表面活性劑，可吸附在陰極表面，降低電極與溶液之間的介面張力， 並减小氫氣泡在電極上的潤濕接觸角，使氣泡容易離開電極表面，防止或减少塗層針孔的產生。

5、鍍液維護

a、溫度-不同的鎳工藝使用不同的鍍液溫度。 溫度變化對鍍鎳過程的影響是複雜的。 在高溫鍍鎳溶液中，所得鎳鍍層具有較低的內應力和良好的延展性。 當溫度升高到50°C時，塗層的內應力達到穩定。 通常，工作溫度保持在55-60°C。如果溫度過高，鎳鹽將發生水解，生成的氫氧化鎳膠體將保留膠體氫氣泡，導致塗層中出現針孔，並降低陰極極化。 囙此，工作溫度非常嚴格，應控制在規定範圍內。 在實際工作中，正常溫度控制器用於根據供應商提供的最佳溫度控制值保持其工作溫度的穩定性。

b、PH值-實踐結果表明，鍍鎳電解液的PH值對鍍層和電解液的效能有很大影響。 在pH值為2的强酸性電鍍溶液中，沒有金屬鎳的沉積，但會沉澱出輕氣體。 通常，多層PCB的鍍鎳電解液的pH值保持在3-4之間。 pH值越高的鍍鎳液分散力越大，陰極電流效率越高。 然而，當pH值過高時，由於電鍍過程中陰極不斷析出輕氣體，陰極表面附近塗層的pH值迅速新增。 當其大於6時，將生成輕質氧化鎳膠體，從而在塗層中保留氫氣泡和針孔。 塗層中的氫氧化鎳也會新增塗層的脆性。 pH值較低的鍍鎳液具有較好的陽極溶解性，可以提高電解液中鎳鹽的含量，並允許使用更高的電流密度，從而加强生產。 然而，如果pH值過低，則獲得光亮塗層的溫度範圍將變窄。 添加碳酸鎳或堿式碳酸鎳會新增pH值； 添加氨基磺酸或硫酸以降低pH值。 運行期間，每四小時檢查並調整一次pH值。

c、陽極-現時，多層PCB的傳統鍍鎳採用可溶性陽極，使用鈦籃作為陽極安裝鎳角非常常見。 本實用新型的優點是陽極面積可以在不改變的情况下變得足够大，並且陽極維護相對簡單。 鈦籃應放入聚丙烯資料製成的陽極袋中，以防止陽極泥落入鍍液中。 並定期清潔檢查孔眼是否暢通。 新陽極袋在使用前應浸泡在沸水中。

d、淨化-當電鍍液被有機物污染時，應使用活性炭進行處理。 然而，這種方法通常會去除一些應力消除劑（添加劑），必須補充。 處理過程如下：；

（1）取出陽極，加入除雜水5ml/L，加熱（60-80℃），抽氣（空氣攪拌）2小時。

（2）當有許多有機雜質時，添加3-5ml/LR 30%過氧化氫進行處理，並與空氣攪拌3小時。

（3）在連續攪拌下添加3-5g/L粉末活性劑，繼續空氣攪拌2小時，關閉攪拌並靜置4小時，添加助濾劑粉末，同時使用備用罐過濾和清潔氣瓶。

（4、清潔和維護陽極，使用鍍鎳波紋鐵板作為陰極，在電流密度為0.5-0.1 A/平方分米的情况下拖動圓柱體8-12小時（當鍍液中存在無機污染並影響質量時也經常使用）

（5）更換濾芯（通常，一組棉芯和一組碳芯串聯用於連續過濾。可以定期更換，這可以有效地延遲較大的處理時間，提高鍍液的穩定性。分析和調整各種參數。添加添加劑潤濕劑以測試鍍層。

e）分析-鍍液應使用過程控制中規定的工藝規範關鍵點，定期分析鍍液成分和赫爾槽試驗，並指導生產部門根據獲得的參數調整鍍液參數。

f）攪拌-與其他電鍍工藝一樣，攪拌的目的是加速傳質過程，减少濃度變化並新增允許電流密度的上限。 攪拌鍍液對於减少或防止鍍鎳層中的針孔也起著非常重要的作用。 在電鍍過程中，靠近陰極表面的電鍍離子較差，並沉澱大量氫，這會新增pH值並產生氫氧化鎳膠體，導致氫氣泡和針孔的保留。 通過加强剩餘鍍液的攪拌，可以消除上述現象。 常用的壓縮空氣陰極運動和強制迴圈（結合碳芯和棉芯過濾和攪拌）。

g）陰極電流密度-陰極電流密度對陰極電流效率的影響沉積速率和塗層質量受到影響。 結果表明，當在低pH的電解液中進行鍍鎳時，在低電流密度區域，陰極電流效率隨著電流密度的新增而新增； 在高電流密度區域，陰極電流效率與電流密度無關，但在使用高pH值鍍鎳溶液時，陰極電流效率與電流密度關係不大。

與其他類型的電鍍一樣，選擇用於鍍鎳的陰極電流密度範圍還應取決於鍍液的成分，取決於溫度和混合條件。由於多層PCB的面積很大，高電流區域和低電流區域的電流密度非常不同，通常適用於2A/DM2。

6、故障原因及排除

a）麻坑：麻坑是有機污染的結果。 大凹坑通常表示油污染。 如果混合不好，則無法排出氣泡，從而形成麻坑。 可以使用潤濕劑來减少其影響。 我們通常稱之為小孔，而預處理較差的是哪種金屬，硼酸含量太低，當鍍液溫度太低時會產生小孔。 鍍液維護和過程控制是關鍵。 針孔抑制劑應用作過程穩定劑。

b）粗糙毛刺：粗糙是指溶液很髒，可以通過充分過濾進行校正（如果pH值過高，很容易形成氫氧化物沉澱，應加以控制。如果電流密度過高，不純的陽極泥和補給水會帶入雜質，嚴重時會產生粗糙和毛刺。

c）附著力低：如果銅塗層沒有完全氧化，塗層會剝落，銅和鎳之間的附著力差。 如果電流中斷，會導致鎳鍍層在中斷時發生自剝離，當溫度過低時也會發生剝離。

d）塗層脆性焊接性差：當塗層彎曲或磨損到一定程度時，塗層脆性通常會暴露出來。 這表明存在有機物或重金屬污染，添加劑過多。夾帶的有機物和電鍍阻蝕劑是有機物污染的主要來源，必須用活性炭處理。 添加不足和高pH值也會影響塗層的脆性。

e）塗層變暗和顏色不均勻：塗層變暗和顏色不均勻表示金屬污染。 由於鍍銅後通常是鍍鎳，囙此帶入的銅溶液是主要的污染源。 重要的是儘量減少吊架上的銅溶液。 為了去除槽中的金屬污染，特別是銅去除溶液，應使用波紋鋼陰極。 在電流密度為2～5安培/平方英尺的情况下，每加侖溶液空鍍5安培，持續1小時。 預處理不良電鍍電流密度過低主鹽濃度過低電鍍電源電路接觸不良會影響鍍層顏色。

f）塗層燒傷：塗層燒傷的可能原因：硼酸不足和金屬鹽濃度低工作溫度過低電流密度過高PH過高或混合不足。

g）低沉積速率：低pH值或低電流密度將導致低沉積速率。

h）塗層起泡或剝落：電鍍前處理不當中間斷電時間過長被有機雜質污染電流密度過大溫度過低PH過高或過低雜質影響嚴重時會發生起泡或剝落。

1、陽極鈍化：陽極活化劑不足，陽極面積過小，電流密度過高。