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1、印制电板路工艺指导书印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(一) 摘要 本文在简单介绍印制板化学镀镍金工艺原理的基础上，对化学镍金之工艺流程、化学镍金之工艺控制、化学镍金之可焊性控制及工序常见问题分析进行了较为详细的论述。关键词 印制电路板，化学镍金，工艺1 前言在一个印制电路板的制造工艺流程中，产品最终之表面可焊性处理，对最终产品的装配和使用起着至关重要的作用。综观当今国内外，针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式，主要包括以下几种：Electroless Nickel and Immersion Gold（1） 热风整平；（2） 有机可焊性保护剂；（3） 化学沉镍浸金；（4） 化学镀银；（

2、5） 化学浸锡；（6） 锡 / 铅再流化处理；（7） 电镀镍金；（8） 化学沉钯。其中，热风整平是自阻焊膜于裸铜板上进行制作之制造工艺（SMOBC）采用以来，迄今为止使用最为广泛的成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方式。对一个装配者来说，也许最重要的是容易进行元器件的集成。任何新印制电路板表面可焊性处理方式应当能担当N次插拔之重任。除了集成容易之外，装配者对待处理印制电路板的表面平坦性也非常敏感。与热风整平制程所加工焊垫之较恶劣平坦度有关的漏印数量，是改变此种表面可焊性涂覆处理方式的原因之一。镀镍/金早在70年代就应用在印制板上。电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co 、Au

3、-Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。但它需要“工艺导线”达到互连，受高密度印制板SMT安装限制。90年代，由于化学镀镍/金技术的突破，加上印制板要求导线微细化、小孔径化等，而化学镀镍/金，它具有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好，且有一定耐磨等优点，特别适合打线（Wire Bonding）工艺的印制板，成为不可缺少的镀层。但化学镀镍/金有工序多、返工困难、生产效率低、成本高、废液难处理等缺点。铜面有机防氧化膜处理技术，是采用一种铜面有机保焊剂在印制板表面形成之涂层与表面金属铜产生络合反应，形成有机物-金属键，使铜面生成耐热、可焊、抗氧化之保护层。目前，其在印制板表面涂层也

4、占有一席之地，但此保护膜薄易划伤，又不导电，且存在下道测试检验困难等缺点。目前，随着环境保护意识的增强，印制板也朝着三无产品（无铅、无溴、无氯）的方向迈进，今后采用化学浸锡表面涂覆技术的厂家会越来越多，因其具有优良的多重焊接性、很高的表面平整度、较低的热应力、简易的制程、较好的操作安全性和较低的维护费。但其所形成之锡表面的耐低温性（-55）尚待进一步证实。随着SMT技术之迅速发展，对印制板表面平整度的要求会越来越高，化学镀镍/金、铜面有机防氧化膜处理技术、化学浸锡技术的采用，今后所占比例将逐年提高。本文将着重介绍化学镀镍金技术。2 化学镀镍金工艺原理化学镀镍金最早应用于五金电镀的表面处理，后来

5、以次磷酸钠（NaH2PO2）为还原剂的酸性镀液，逐渐运用于印制板业界。我国港台地区起步较早，而大陆则较晚，于1996年前后才开始化学镀镍金的批量生产。2.1 化学镀镍金之催化原理作为化学镍的沉积，必须在催化状态下，才能发生选择性沉积。铜原子由于不具备化学镍沉积的催化晶种的特性，所以需通过置换反应，使铜面沉积所需要的催化晶种。 （1）钯活化剂Pd2+ + Cu Pd + Cu2+ （2）钌活化剂Ru2+ + Cu Ru + Cu2+2.2 化学镀镍原理化学镀镍是借助次磷酸钠（NaH2PO2）在高温下（85100），使Ni2+ 在催化表面还原为金属，这种新生的Ni 成了继续推动反应进行的催化剂，只

6、要溶液中的各种因素得到控制和补充，便可得到任意厚度的镍镀层。完成反应不需外加电源。以次磷酸钠为还原剂的酸性化学镀镍的反应比较复杂，以下列四个反应加以说明：H2PO2 + H2O H + + HPO32 + 2 H Ni2+ + 2 H Ni + 2 H +H2PO2 + H H2O + OH + PH2PO2 + H2O H + + HPO32 + H2由上可见，在催化条件下，化学反应产生镍沉积的同时，不但伴随着磷（P）的析出，而且产生氢气（H2）的逸出。另外，化学镀镍层的厚度一般控制在45m，其作用同金手指电镀镍一样，不但对铜面进行有效保护，防止铜的迁移，而且具备一定的硬度和耐磨性能，同时拥

7、有良好的平整度。 在镀件浸金保护后，不但可以取代拔插不频繁的金手指用途（如电脑内存条），同时还可以避免金手指附近连接导电线处斜边时所遗留之裸铜切口。2.3 浸金原理镍面上浸金是一种置换反应。当镍浸入含Au（CN）2的溶液中，立即受到溶液的浸蚀抛出2个电子，并立即被Au（CN）2所捕获而迅速在镍上析出Au：2 Au（CN）2 + Ni 2 Au + Ni2+ + 4 CN 浸金层的厚度一般在0.030.1m之间，但最多不超过0.15m。其对镍面具有良好的保护作用，而且具备很好的接触导通性能。很多需按键接触的电子器械（如手机、电子字典），都采用化学浸金来保护镍面。另外需指出，化学镀镍/金镀层的焊接

8、性能是由镍层来体现的，金只是为了保护镍的可焊性能而提供的。作为可焊镀层金的厚度不能太高，否则会产生脆性和焊点不牢的故障，但金层太薄防护性能变坏。 毛晓丽 (南京职业信息技术学院，南京,210013)印制电路板用化学镀镍金工艺探讨(二) 3化学镀镍金工艺流程作为化学镀镍金流程，只要具备以下6个工作站就可满足其生产要求：除油（37min） 微蚀（12min） 预浸（0.51.5min） 活化（26min） 沉镍（2030min） 浸金（711min）3.1安美特（Atotech）公司的化学镀镍金Aurotech工艺流程 Aurotech 是安美特公司开发的化学镀镍/金制程的商品名称。适用于制作阻焊

9、膜之后的印制电路板的裸铜区域（一般是焊脚或连接盘的导通孔）进行选择性镀覆的化学法。Aurotech 工艺能在裸露的铜表面和金属化孔内沉积均匀的化学镍/金镀层，即使是高厚径比的小孔也如此。Aurotech 还特别用于超细线电路，通过边缘和侧壁的最佳覆盖达到完全抗蚀保护，同热风整平相比较，Aurotech 没有特别高的温度，印制板基材不会产生热应力变形。此外，热风整平对通孔拐角处的覆盖较差，而化学镀镍/金却很好。与有机可焊涂层相比较，除了熔焊性能之外，Aurotech 镀层还具有好的搭接焊、接触导通和散热功能。Aurotech 的工艺流程及操作参数见表1。表1 Aurotech 之工艺流程及操作参

10、数 工序号 工序名称 药品名称配制浓度PH值温度处理时间1酸性清洁剂CupraprosH2SO4（d=1.84）100ml/L10ml/L13540C463级逆流水洗自来水342微蚀Na2S2O8H2SO4（d=1.84）100g/L20ml/L12535C233级逆流水洗自来水343预浸H2SO4（d=1.84）50ml/L12232C35活化Aurotech-activatorH2SO4（d=1.84）200ml/L50ml/L83）镍面钝化1）升高金槽PH值；2）检查水的质量；3）控制镀镍后沉金前打气及停留时间漏镀1）活化时间不足；2）镍槽活性不足1）提高活化时间；2）使用校正液，提高镍

11、槽活性渗镀1）蚀刻后残铜；2）活化后镍槽前水洗不足；3）活化剂温度过高；4）钯浓度太高；5）活化时间过长；6）镍槽活性太强1）反馈前工序解决；2）延时水洗或加大空气搅拌；3）降低温度至控制范围；4）降低浓度至控制范围；5）降低活化时间；6）适当使用稳定剂镍厚偏低1）PH 太低；2）温度太低；3）拖缸不足；4）镍槽生产超6MTO1）调高PH值；2）调高温度；3）用光板拖缸2030min；4）更换镍槽金厚偏低1）镍层磷含量高；2）金槽温度太低；3）金槽PH值太高；4）开新槽时起始剂不足1）提高镍槽活性；2）提高温度；3）降低PH值；4）适当加入起始剂作者：毛晓丽多种不同工艺的PCB流程简介 *单面

12、板工艺流程下料磨边钻孔外层图形（全板镀金）蚀刻检验丝印阻焊（热风整平）丝印字符外形加工测试检验 *双面板喷锡板工艺流程下料磨边钻孔沉铜加厚外层图形镀锡、蚀刻退锡二次钻孔检验丝印阻焊镀金插头热风整平丝印字符外形加工测试检验*双面板镀镍金工艺流程下料磨边钻孔沉铜加厚外层图形镀镍、金去膜蚀刻二次钻孔检验丝印阻焊丝印字符外形加工测试检验*多层板喷锡板工艺流程下料磨边钻定位孔内层图形内层蚀刻检验黑化层压钻孔沉铜加厚外层图形镀锡、蚀刻退锡二次钻孔检验丝印阻焊镀金插头热风整平丝印字符外形加工测试检验*多层板镀镍金工艺流程下料磨边钻定位孔内层图形内层蚀刻检验黑化层压钻孔沉铜加厚外层图形镀金、去膜蚀刻二次钻孔检

13、验丝印阻焊丝印字符外形加工测试检验*多层板沉镍金板工艺流程下料磨边钻定位孔内层图形内层蚀刻检验黑化层压钻孔沉铜加厚外层图形镀锡、蚀刻退锡二次钻孔检验丝印阻焊化学沉镍金丝印字符外形加工测试检验印制电路板的可制造性-地线设计 目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。地线设计 在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使

14、用，可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点：1.正确选择单点接地与多点接地在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在110MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。2.将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别

15、与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。3.尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三位于印制电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。4.将接地线构成闭环路设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力印制电板路设计中的工艺缺陷 一、

16、焊盘的重叠1、焊盘（除表面贴焊盘外）的重叠，意味孔的重叠，在钻孔工序会因为在一处多次钻孔导致断钻头，导致孔的损伤。2、多层板中两个孔重叠，如一个孔位为隔离盘，另一孔位为连接盘（花焊盘），这样绘出底片后表现为隔离盘，造成的报废。 二、图形层的滥用1、在一些图形层上做了一些无用的连线，本来是四层板却设计了五层以上的线路，使造成误解。2、设计时图省事，以Protel软件为例对各层都有的线用Board层去画，又用Board层去划标注线，这样在进行光绘数据时，因为未选Board层，漏掉连线而断路，或者会因为选择Board层的标注线而短路，因此设计时保持图形层的完整和清晰。3、违反常规性设计，如元件面设计

17、在Bottom层，焊接面设计在Top，造成不便。三、字符的乱放1、字符盖焊盘SMD焊片，给印制板的通断测试及元件的焊接带来不便。2、字符设计的太小，造成丝网印刷的困难，太大会使字符相互重叠，难以分辨。四、单面焊盘孔径的设置1、单面焊盘一般不钻孔，若钻孔需标注，其孔径应设计为零。如果设计了数值，这样在产生钻孔数据时，此位置就出现了孔的座标，而出现问题。2、单面焊盘如钻孔应特殊标注。五、用填充块画焊盘用填充块画焊盘在设计线路时能够通过DRC检查，但对于加工是不行的，因此类焊盘不能直接生成阻焊数据，在上阻焊剂时，该填充块区域将被阻焊剂覆盖，导致器件焊装困难。六、电地层又是花焊盘又是连线因为设计成花焊盘方式的电源，地层与实际印制板上的图像是相反的，所有的连线都是隔离线，这一点设计者应非常清楚。这里顺便说一下，画几组电源或几种地的隔离线时应小心，不能留下缺口，使两组电源短路，也不能造成该连接的区域封锁（使一组电源被分开）。七、加工层次定义不明确1、单面板设计在TOP层，如不加说明正反做，也许制出来的板子装上器件而不好焊接。2、例如一个四层板设计时采用TOPmid1、mid2bottom四层，但加工时不是按这样的顺序放置，这就要求说明。八、设计中的填充块太多或填充块用极细的线填充1、产生光绘数据有丢失的现象，光绘数据不完全。2、因填充块在光绘