黎小芳 黃憬韜

（光華科學(xué)技術(shù)研究院（廣東）有限公司，廣東 廣州 511400

王倩玉 黃輝祥 李小兵

（廣東東碩科技有限公司，廣東 廣州 511400）

化學(xué)鍍鎳/金（ENIG）工藝是印制電路板（PCB）的最終表面涂飾之一，隨著近年電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，該工藝目前已得到大力的推廣與應(yīng)用。漏鍍是ENIG產(chǎn)線比較常見的問題，化鎳金漏鍍經(jīng)常出現(xiàn)在焊盤、標(biāo)志（Mark）點(diǎn)、印制插頭等部位。導(dǎo)致化鎳金過程中出現(xiàn)漏鍍的原因較多，目前主要可以分為銅面污染、藥水影響以及板件本身這三類，具體如下。

（1）銅面污染：針對(duì)銅面污染一般是要加強(qiáng)前制程管控，對(duì)于銅面污染比較輕微的，可以加強(qiáng)前處理（例如磨板、噴砂）來克服。

（2）藥水影響：藥水導(dǎo)致漏鍍問題主要跟活化槽和鎳槽有關(guān)，一般可以通過調(diào)整活化和鎳缸參數(shù)來解決漏鍍問題。

（3）板件本身：塞孔不良是板件本身導(dǎo)致漏鍍出現(xiàn)的一個(gè)原因。塞孔不良時(shí)孔內(nèi)容易藏有微蝕液，微蝕液與孔銅存在電勢(shì)差，微蝕液與銅反應(yīng)的電極電位比鈀的沉積電位高，導(dǎo)致活化過程中孔內(nèi)以及與孔相連的連接盤（PAD）上鈀吸附少而出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象。電鍍銅出來的銅面晶格異常，銅與鈀離子置換困難致使該部位銅面的鈀吸附量少，也會(huì)導(dǎo)致漏鍍問題出現(xiàn)。

關(guān)于板件本身導(dǎo)致的漏鍍現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)一種特殊設(shè)計(jì)的小焊盤也容易出現(xiàn)這種問題。我們通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該漏鍍是由電勢(shì)差引起銅面鈀吸附量不足所導(dǎo)致的，通過改變活化劑體系或降低鎳槽藥水表面張力最終解決了漏鍍問題?，F(xiàn)在將此經(jīng)驗(yàn)與大家分享。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

1.1 測(cè)試板設(shè)計(jì)

PCB設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，連接點(diǎn)設(shè)計(jì)上也越來越趨向于微小化，本次所討論的設(shè)計(jì)可參見圖1所示。

圖1 測(cè)試板設(shè)計(jì)

其中，B:A的銅面積比為 1:0～1:2000。

（1）選化材料或綠油覆蓋銅面，或內(nèi)層銅；

（2）與A連接，容易漏鍍；焊盤設(shè)計(jì)SMD（綠油定義焊盤），尺寸：0.18 mm×0.21 mm；

（3）與B設(shè)計(jì)相同，未與大銅面相連。

1.2 工藝流程

ENIG基本流程為：除油→水洗→微蝕→水洗→酸洗→水洗→預(yù)浸→活化→水洗后→浸水→洗化→鎳水→洗化→金水→洗熱→水洗→烘干

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

我們對(duì)不同面積比、選化材料以及銅面前處理進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，具體實(shí)驗(yàn)方案如表1所示（當(dāng)B與A面積比為1:0時(shí)，B等同于C）。

表1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

以下為不同實(shí)驗(yàn)條件下化鎳20 min后的鎳厚數(shù)據(jù)（見表2所示）。

表2 不同實(shí)驗(yàn)條件下的鎳厚結(jié)果（單位：μm）

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，銅與化鎳金位置的面積比越大的位置容易出現(xiàn)漏鍍或鎳薄鍍的現(xiàn)象，我們推測(cè)這可能是由于電勢(shì)差原因?qū)е骡Z吸附量少而出現(xiàn)的鎳起鍍異常。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)不同的選化材料對(duì)漏鍍有一定影響，其中感光油的影響較大。另外，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們未發(fā)現(xiàn)不同的銅面前處理對(duì)漏鍍有明顯的貢獻(xiàn)度。

針對(duì)該現(xiàn)象推測(cè)漏鍍鎳及鎳停鍍的原因可能如下。

（1）活化在有電容效應(yīng)的設(shè)計(jì)位置鈀吸附量少，導(dǎo)致漏鍍；

（2）焊盤尺寸太小，且綠油比焊盤高，導(dǎo)致鎳層沉積過程中的氫氣不能及時(shí)從鎳表離開，使得鎳沉積停鍍，最終使得鎳薄鍍。

2 驗(yàn)證與改善

針對(duì)我們上述的猜想，我們?cè)O(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 不同活化體系鈀吸附量與漏鍍的情況對(duì)比

選用目前市場上成熟的硫酸鈀、氯化鈀兩種活化體系進(jìn)行對(duì)比。將相同面積的銅箔在兩種體系活化浸泡，測(cè)試并計(jì)算單位面積吸附量，以下是對(duì)應(yīng)的鈀吸附量測(cè)試結(jié)果（見圖2所示）。

圖2 兩種活化體系的鈀吸附量對(duì)比

從圖2可以看出，相同活化時(shí)間，氯化鈀體系的活化鈀吸附量明顯高于硫酸鈀體系的。我們將銅面B與A不同比例的測(cè)試板A面貼上抗鍍金膠帶，然后置于上述兩種體系的活化液中浸泡1 min，并進(jìn)行化鎳20 min，以下為銅面B的鎳厚數(shù)據(jù)（見圖3所示）。

圖3 不同比例下的銅面B的鎳厚數(shù)據(jù)

我們發(fā)現(xiàn)硫酸鈀體系活化處理的測(cè)試板，銅面B與A面積比在1:2000這個(gè)比例有跳鍍狀況，而氯化鈀體系的則沒有。由此說明，提升鈀吸附量在燒杯模擬有降低電容效應(yīng)干擾的效果。

2.2 鎳槽藥水表面張力對(duì)漏鍍的改善研究

我們以硫酸鈀活化為主要活化體系，考察鎳缸降低表面張力對(duì)特定設(shè)計(jì)漏鍍的影響。針對(duì)鎳表面吸附氣泡而不能及時(shí)離開鎳面這種情況，我們推測(cè)降低鎳缸槽液表面張力可能會(huì)減少氣泡在小焊盤位置的吸附，因此打算尋找一類表面活性劑來降低鎳缸槽液的表面張力。表3是表面活性劑S不同添加量時(shí)鎳槽藥水表面張力及鎳厚的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)表面活性劑S的加入確實(shí)可以降低鎳槽表面張力，且可以改善漏鍍情況，當(dāng)添加量為1 mL/L時(shí)，銅面B與A面積比在1:2000這個(gè)比例時(shí)沒有出現(xiàn)漏鍍或鎳薄鍍的現(xiàn)象。

表3 表面活性劑S不同添加量時(shí)鎳槽藥水表面張力及鎳厚數(shù)據(jù)

為了驗(yàn)證表面活性劑S的效果，我們?cè)谏a(chǎn)線跟進(jìn)測(cè)試情況（添加量為1 ml/L），表4是生產(chǎn)線上的槽液參數(shù)及生產(chǎn)板漏鍍比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果。另外，我們分析了鎳槽不同MTO時(shí)的表面張力，發(fā)現(xiàn)表面活性劑S能較穩(wěn)定地使鎳缸維持較低的表面張力，使得特殊設(shè)計(jì)的板能夠順利生產(chǎn)。

表4 槽液參數(shù)及生產(chǎn)板漏鍍比例統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

此類設(shè)計(jì)的小PAD多用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的主板，其功能主要用于PCB經(jīng)過SMT（表面組裝技術(shù)）后接觸式功能檢測(cè)，其連接內(nèi)層線路復(fù)雜，內(nèi)層銅面積相對(duì)焊點(diǎn)面積比較大。最終表面處理時(shí)，最外層還有與小PAD相連的銅PAD（面積大）用于做選擇性涂層（OSP）。小PAD的電容效應(yīng)明顯，活化的鈀吸附量較為重要，同時(shí)小PAD面積偏小阻焊油墨覆蓋在小PAD周圍（且高于小PAD）。藥水與銅面及時(shí)有效接觸是鎳沉積的前提，該位置還易富集鎳缸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的氫氣，導(dǎo)致鎳層沉積受阻，最終出現(xiàn)漏鍍、鎳薄鍍。

該類設(shè)計(jì)從實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)來看，降低電容效應(yīng)，或降低鎳缸藥水表面張力是有效的方案。若使用相同的ENIG表面處理，在PCB板設(shè)計(jì)上可針對(duì)小焊盤相連的最外層適當(dāng)露出部分銅面。對(duì)ENIG表面處理流程來改善漏鍍問題，則需要開發(fā)出更高鈀吸附量的活化劑，但同時(shí)抗?jié)B鍍能力要好，或者開發(fā)具有較低表面張力的化學(xué)鎳產(chǎn)品，以應(yīng)對(duì)未來更復(fù)雜的PCB產(chǎn)品。