印制电路板(PCB)表面镀镍工艺hkmi.docx
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1、1概述镍,元元素符号号Ni,原原子量55877,密度度8888g/cm33,Nii2+的的电化当当量10955gAAH。 用于印印制板的的镍镀层层分为半半光亮镍镍(又称称低应力力镍或哑哑镍)和和光亮镍镍两种。主主要作为为板面镀镀金或插插头镀金金的底层层,根据据需要也也可作为为面层,镀镀层厚度度按照IIPC-60112(119966)标准准规不低低于2255m。镍镍镀层应应具有均均匀细致致,孔隙隙率低,延延展性好好等特点点,而且且低应力力镍应具具有宜于于钎焊或或压焊的的功能。2低应应力镍211镀镍机理理 阴极:在阴极极上,镀镀液中的的镍离子子获得电电子沉积积出镍原原子,同同时伴有有少量氢氢气析出
2、出。 Ni22+22e+NNi0NNi2+Nii=-00255V 2H+2ee+H220Nii2+N2=-0.0V 虽然NNi的标标准电极极电位很很负,但但由于氢氢的过电电位以及及镀液中中镍离子子的浓度度、温度度、pHH等操作作条件的的影响,阴阴极上析析出氢极极少,这这时镀液液的电流流效率可可达988以上上。只有有当pHH很低时时,才会会有大量量氢气析析出,此此时阴极极上无镍镍沉积。 阳极:普通镀镀镍使用用可溶性性镍阳极极。阳极极的主反反应为金金属镍的的电化学学溶解: Ni-2eNi22+ 当阳极极电流密密度过高高,电镀镀液中又又缺乏阳阳极活化化剂时,阳阳极将发发生钝化化并伴有有氧气析析出:
3、2H220-44e002+4H+ 当镀液液中有氯氯离子存存在时,也也可能发发生析出出氯气得得反应: 2C11-22eCC12 阳极上上金属镍镍电化学学溶解使使镍离子子不断进进入溶液液,从而而提供了了阴极电电沉积所所需的镍镍离子。但但当阴极极面积不不够大或或镀液中中活化剂剂不够时时,将导导致阳极极钝化而而析出氧氧,生成成的氧进进步氧化化阳极表表面,生生成棕色色的Nii2033氧化膜膜。 2Nii+3ONi22O3 由于阳阳极钝化化,使电电流密度度降低,槽槽电压升升高,电电能损失失增加。 当使用用高速镀镀镍工艺艺时,阳阳极采用用非溶性性材料如如:铂、钛上上镀铂网网或钛上上镀钌网网,也可可以采用用含
4、硫的的活性镍镍阳极。222镀液配配方及操操作条件件 233镀液配配制 1)在在备用槽槽中,用用热去离离子水溶溶解计量量的硫酸酸镍、氯氯化镍和和计量11/2的的硼酸。 2)加加热至555660,加加活性炭炭3g/L,搅搅拌2hh,静置置2h,过过滤,将将无炭粒粒的溶液液转人已已清洗干干净的工工作槽中中。 3)搅搅拌下,加加入其余余量硼酸酸,调ppH到330,在在55-60下,用用瓦楞形形阴极,在在03305Adm22下电解解,直至至阴极板板上镀层层颜色均均匀一致致为止。一般通电电量需达达4Ahh/L。 4)加加入添加加剂和润润湿剂,搅搅拌,调调pH及及液位,分分析镀液液成分。试试镀。 如果所所用
5、硫酸酸镍、氯氯化镍等等材料纯纯度低,则则需在加加活性炭炭之前,先先加H22O2113mmlLL,搅拌拌半小时时,加热热至655,保保持半小小时,再再加活性性炭并继继续按步步骤进行行。 244各成分分作用 2441主主盐 硫酸镍镍或氨基基磺酸镍镍是镀镍镍溶液的的主要成成分,在在普通镀镀镍中,控控制Nii2+浓浓度655-755gLL。表77-2中中列出了了这两种种类型镀镀液所镀镀出镀层层的主要要性能比比较。从从表中看看出,以以氨基磺磺酸盐型型的低应应力镍镀镀层的性性能更佳佳。但氨氨基磺酸酸镍稳定定性较差差,价格格较贵。而而用硫酸酸镍为主主盐也能能达到技技术要求求。 提高主主盐浓度度,可以以提高镀
6、镀层的沉沉积速度度,并能能使允许许电流密密度范围围扩大,但但主盐浓浓度太高高会导致致镀液分分散能力力降低。主主盐浓度度降低导导致镀层层沉积速速度降低低,严重重时会导导致高电电流区镀镀层烧焦焦。2442阳阳极活化化剂 为了保保证阳极极正常溶溶解,防防止阳极极钝化,镀镀液中需需要阳极极活化剂剂。镍的的卤族化化合物如如:氯化化镍、溴溴化镍等等可以作作为镍阳阳极活化化剂。氯氯化镍浓浓度不能能太高,否否则会使使镀层应应力增加加,一般般以氯化化镍不大大于300gLL为宜;以溴离离子作阳阳极活化化剂,它它的浓度度升高影影响不大大,但溴溴化物原原料来源源不如氯氯化镍方方便。 阳极钝钝化有以以下现象象: 1)槽
7、槽电压升升高,一一般可达达6V以以上,但但电流却却很小。 2)阳阳极表面面气泡较较多,有有时会有有刺激性性气味,甚甚至表面面呈褐色色。 造成阳阳极钝化化的主要要原因: 镀液中中阳极活活化剂浓浓度太低低。 阳极面面积太小小。 此时,将将溶液和和阳极面面积调整整后,将将阳极取取出,经经稀硫酸酸处理后后,洗净净重新放放人镀液液。2443缓缓冲剂 硼酸是是镀镍溶溶液最好好的缓冲冲剂。它它可以将将镀液的的酸度控控制在一一定范围围之内,为为了达到到最佳缓缓冲效果果,硼酸酸浓度不不能低于于30ggL,最最好保持持在400-500gLL。 H2BBO3的的缓冲作作用是通通过H22BO33的电离离来维持持的,H
8、H2BOO3是一一种弱酸酸,它在在水溶液液中电离离反应如如下: H2BBO3与与H+H2BBO3- H2BBO3与与H+HBOO32- HBOO32与与H+BO333- 当溶液液pH上上升时,电电离平衡衡向右进进行,维维持了溶溶液pHH值的稳稳定;当当溶液ppH下降降时,使使电离平平衡向左左进行,同同样维持持了溶液液pH的的稳定。 硼酸不不仅具有有pH缓缓冲能力力,而且且它能提提高阴极极极化,改改善镀液液性能,使使在较高高的电流流密度下下,镀层层不易烧烧焦。硼硼酸的存存在也有有利于改改善镀层层的机械械性能。244添加加剂 添加剂剂的加入入,改善善了镀液液的阴极极极化,使使镀层均均匀细致致并具有
9、有半光亮亮镍的光光泽,同同时改善善了镀液液的分散散能力。 添加剂剂的主要要成分是是应力消消除剂,由由于添加加剂的加加入,降降低了镀镀层的内内应力,随随着添加加剂的浓浓度变化化,可以以使镀层层内应力力由张应应力改变变为压应应力。能能起到这这种作用用的材料料有如:萘磺酸酸、对甲甲苯磺酰胺胺、糖精精等。添添加剂成成分选配配合适,可可以使镀镀层均匀匀细致有有光泽并并且可焊焊性好。2445润润湿剂润润湿剂能能降低镀镀液的表表面张力力,使表表面张力力降至335-337dyynccm,这这有利于于消除镀镀层的针针孔、麻麻点。用用于印制制板的镀镀镍溶液液宜使用用低泡润润湿剂,如如:二乙乙基已基基硫酸钠钠、正辛
10、辛基硫酸酸钠等。25操操作条件件 2551ppH值 pH控控制在3354为宜宜。当ppH一定定时,随随着电流流密度增增加,电电流效率率也增加加。pHH高,镍镍的沉积积速度快快,但ppH太高高将导致致阴极附附近出现现碱式镍镍盐沉淀淀,从而而产生金金属杂质质的夹杂杂,使镀镀层粗糙糙、毛刺刺和脆性性增加。ppH低些些,镀层层光泽性性好,但但pH太太低导致致阴极电电流效率率降低,沉沉积速度度降低,严严重时阴阴极大量量析氢,镀镀层难以以沉积。 使用可可溶性阳阳极的镀镀液,随随着电极极过程的的进行,镀镀液pHH逐渐升升高。使使用不溶溶性阳极极的镀液液,由于于阳极析析氧,使使镀液中中OH-浓度减减少,从从而
11、pHH会降低低。 降低镀镀液pHH用100(VVV)H2SS04;提高镀镀液pHH用碳酸酸镍或碱碱式碳酸酸镍。提提高镀液液pH不不宜用NN。OHH,因为为钠离子子在镀液液中的积积累会降降低电流流密度上上限,容容易导致致高电流流区镀层层烧焦。碳碳酸镍的的加入方方法最好好是将它它放人聚聚丙烯的的滤袋并并挂在镀镀液中,使使其缓慢慢溶于镀镀液中,且且不可将将固体物物直接放放入镀液液中,当当pH达达到要求求后,取取出滤袋袋,洗净净后烘干干备用。当当市售碳碳酸镍难难以购到到时,可可以自己己制备:将3份份重量的的硫酸镍镍与13份重重量的无无水碳酸酸钠分别别用少量量去离子子水溶解解,在搅搅拌下将将碳酸钠钠溶液
12、慢慢慢倒人人硫酸镍镍溶液中中,反应应方程式式如下: NiSSO4+Na22CO,NiCCO3+Naa2SOO4 待沉淀淀完全后后,过滤滤,用去去离子水水洗涤沉沉淀数次次,以去去除硫酸酸钠,沉沉淀即可可使用。2552温温度 操作温温度对镀镀层内应应力影响响较大,提提高温度度可降低低镀层内内应力,当当温度由由10-35时,镀镀层内应应力有明明显降低低,到660以以上,镀镀层内应应力稳定定。一般般维持操操作温度度5560为宜。 镀液操操作温度度的升高高,提高高了镀液液中离子子的迁移移速度,改改善了溶溶液的电电导,从从而也就就改善了了镀液的的分散能能力和深深镀能力力,使镀镀层分布布均匀。同同时温度度升
13、高也也可以允允许使用较高高的电流流密度,这这对高速速电镀极为为重要。2553电电流密度度 在达到到最高的的允许电电流密度度之前,阴阴极电流流效率随随电流密密度的增增加而增增加。在在正常的的操作条条件下,当当阴极电电流密度度4Adm22时,电电流效率率可达997,而而镀层外外观和延延展性都都很好。对对于印制制板电镀镀,由于于拼板面面积比较较大,至至使中心心区域与与边缘的的电流密密度可相相差数倍倍,所以以实际操操作时,可可取操作作电流密密度2AAdmm2左右右为宜。 2554搅搅拌 搅拌能能有效地地清除浓浓差极化化,保证证电极过过程持续续有效地地进行,同同时也有有利于阴阴极表面面产生的的少量氢氢气
14、很快快逸出,减减少可能能出现的的针孔、麻麻点。搅搅拌方式式可采用用:镀液液连续过过滤、阴阴极移动动和空气气搅拌,或或者选择择其中的的两者相相配合。对对于高速速镀镍,其其电流密密度高达达20AAdmm2以上上,为了了更好的的清除浓浓差极化化,应配配有镀液液喷射的的专用设设备。 镀液连连续过滤滤是必要要的,它它可及时时清除镀镀液中的的机械杂杂质,又又能保持持镀液流流动。过过滤机的的能力以以满足每每小时过过滤镀液液255次为宜宜,滤芯芯用聚丙丙烯材料料,精度度以5m为宜宜。若采用阴阴极移动动,振幅幅2025mmm,115220次minn。 若采用用空气搅搅拌,则则必须与与连续过过滤相配配合,所所供的
15、压压缩空气气应是无无油压缩缩空气,气气流中速速,如果果空气量量太大,导导致溶液液流动太太快,将将降低镀镀液的分分散能力力。 2555镍镍阳极 常规镀镀镍均采采用可溶溶性镍阳阳极,可可以使用用镍板或装装在钛篮篮中的镍镍角,并并用吊钩钩将阳极极悬挂在在阳极杆杆上。 理想的的阳极要要能够均均匀溶解解,不产产生杂质质进入镀镀液,不不形成任任何残渣渣。因此此对阳极极材料的的成分及及阳极的的结构都都有严格格的要求求。 目前采采用盛有有镍球(角)的的钛篮作作为阳极极已相当当普遍。使使用钛篮篮盛阳极极材料可可以保持持足够大大的阳极极面积而而且不变变化,阳阳极保养养也比较较简单,只只要定期期将阳极极材料补补人篮
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