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PCB工艺之镀金制程

2021-09-25 09:25:02

GT-2080酸性镀金DATA SHEET:

目前各PCB之镀金制程方式可分为化学镍金、电镀金手指、电镀硬金、电镀软金等四种。现就贵厂电镀金手指作一说明。

原理:电镀基本原理:金属溶于水中时,以阳离子M+n的形式存在,当通过一个电压时,使金属阳离子获得n个电子而还原成金属并在阴极析出;在未加入任何添加剂时,金属结晶会依电流密度之强弱呈垂直方向树枝状成长,因此加入添加剂的目的在使原子结晶呈水平方向延伸成长,并增加其导电性,改善电流密度在被镀物之分布,而光泽性则是靠添加剂中其他的分子填补其金属结晶之空隙,来达到表面平滑之作用。法拉第定律:金属析出之重量,可由通入的电量(时间、安培数)和金属原子量,求得析出克当量:W=ItA/ZF

I:电流安培数。 Z:金属原子价数(金属析出当量)t: 通电时间F:法拉第常数:96500

A:金属原子量

例:镀金1ASD,1min所析出厚度

重量=(电流安培数×通电时间×金原子量)/(金原子价数×法拉第常数)

=(1×60×197)/(1×96500)

=0.122g

重量×电镀效率=实际重量

0.122g×45%(酸性金效率)=0.05g

重量=面积×厚度×密度

0.05=10×10×厚度×16.5(金钴合金密度)

厚度=0.303m=11.93″

※电镀效率以100% 来计算

电镀基本流程:

镀金:金为极不活泼之金属原素,主要的电化学还原机构为Au++e-Au, E=1.7V及Au3++3e-Au,E=1.5V两种。目前镀金通常使用氰化金钾及亚硫酸金等两种提供金离子的来源,但Z普遍的为氰化金钾,在此仅以氰化金钾还原机构说明金离子结晶过程:镀金过程:

化学吸附:Au(CN)2-(AuCN)ad + CN- ad:吸附

电荷转移:(AuCN)ad + e-(AuCN)ad-

PCB结晶(阴极): Au(CN)ad-Au+CN-

镀镍:虽然镀镍的主要目的是阻止金与铜离子的相互扩散,但因镍的硬度及延展性对于PCB也都有不错的效果,所以镀镍已经成为镀金过程之中的必要过程。镀镍反应机构:

氨基磺酸镍:Ni(NH2SO3)2Ni2++2NH2SO3

氯化镍: NiCl2Ni2+2Cl-

阳极镍块:NiNi2+2e-

PCB板面(阴极): Ni2+2e-Ni

主要镀层及化学药剂之功能:镀金:电镀金手指主要之功能为:增加PCB线路的耐磨性及硬度。防止铜层氧化,增加PCB寿命。GT-2080化学药剂之功用为:

#375钴光泽剂:镀金层常为无光泽的棕色粉状沉积,所以在电镀硬金及金手指时,通常都会再混合镀上微量的钴,以增加镀层光泽度、硬度及耐磨性。#376添加剂:防止高电流烧焦及增加均一性。#404导电盐:提高镀液比重增加电镀效率。#209平衡盐:为一缓冲盐,借以平衡镀液。#402调整酸:降低镀液之PH值。氰化金钾:主要提供金离子。俗称金盐,在水中会溶解为金错离子与钾错离子,再经阴极的地场吸引后,阴极的表面即产生金原子附着。镀镍:主要目的为隔绝铜层扩散到金属表面而形成氧化层,影响其镀金层的接触阻抗。但镍层的厚度必须适当,因为厚度过高将会造成电阻加大,太薄也会造成隔绝性的不良。氨基磺酸镍、氯化镍:两者均为电镀镍槽之重要成份,镍离子的主要供应者,而该溶液中因提供电镀镀层而失去的镍离子,则由阳极上的镍块溶解后,补充此两种溶液的镍离子浓度。氯化镍在镀液中能增加导电度,提高镀液效率,但量多时,易造成镀层硬脆。硼酸:因镀镍槽的PH值对于镀镍的品质影响很大,所以在槽液内添加硼酸当成酸碱值缓冲剂,避免PH值变化过据。Ni-505柔软剂:又称为初次光泽剂,主要功用为让镍镀层结晶细致,使高低电位较均一,镀层柔软。Ni-505光泽剂:主要功能为提供镍镀层光泽及整平性,依照现场实际需要来决定所须之添加量。不宜添加过量,易造成镀层硬脆及脱皮,且低电流较差。Ni-505湿润剂:防止阴极氢气泡所产生之针孔。镀金制程及其特性:电镀制程:贴防镀胶带→开天窗→压胶带→入板(输送带夹板)→微蚀→水洗→刷磨→活化→水洗→镀镍→水洗→活化→水洗→镀金→金回收→水洗→出板→撕胶→水洗→烘干→贴防焊喷锡胶带

特性:使用直流电电镀,在PCB的金手指位置镀上含有钴金属之金层,由于输送带夹板位置为PCB的另一长边,所以当两边均有金手指的PCB在经过电镀金手指制程时,必需上下输流通过电镀槽两次。镀槽的槽深如为10″的话,则PCB在设计排板时,金手指距离PANEL板边的距离不能超过9.3″的设计。Dummy Board:可分为去除镀镍槽不纯物质及防止电镀区域勿均匀等两种用途:

去除镀镍槽不纯物质:槽液通常会有一些PCB所不需要之镀层杂质,为防止这些杂质镀于PCB上,所以使用前通常会先拿一些报废板以较低电流先形电镀,将杂质镀于报废板上,以保PCB镀层之品质,该类报废板即为所称之Dummy Board。防止电镀区域不均匀:在金手指制程时,PCB行进为输送带夹送方式。为防止前段先走及后段的PCB因电镀面积与正常电镀时不同,而产生较大的电流通过线路,造成镀层烧焦或过厚的影响,通常会在正式生产的PCB前段及后段,放置数片报废板解决该项问题,此等报废板也称之Dummy Board。另外,正常金手指在设计时也会在前后端多加没有功能的金手指,其效用为防止金手指区域电镀的厚度不均,该金手指即称为假镀指(DummyFinger)。电镀层厚度控制:在电镀制程中,因为可以槽液两侧所施加的电流密度,所以PCB的两侧表面也可产生不同的镀层厚度,(电流密度越大,电镀速率越快,电镀层的品质也有影响,当电流密度太大时,则可能造成电镀区域烧焦,或结晶粒子太大)。镀金制程规范:镀金流程及镀液控制范围:

镀液补充管理:


镀金机台之注意事项与维护保养:注意事项:制作每一批不同料号之PCB,应先试作6-10片,以确定所需之电流、电压、机台之速度及槽液之温度。

检查试作好之厚度及拉力试验(以3M公司之MN55144胶带测试),检视有无镍金剥离。检视刷磨之刷轮压力及轮刷幅度。操作前先巡视槽液液位、马达运转是否正常及检查每槽间像胶、PE塑胶之档水刮片是否完整无破损变形。检查镀镍、金槽之溢流流量是否适当均匀。阴极导电铜刷密合度是否正常(需重叠1-2mm),导电铜刷不可有松脱现象以避免污染镀液。维护保养:机台及槽体保养:每周小保养,每月大保养。

周保养事项:

机台及槽体外擦试清洁。检查每槽间像胶、PE塑胶之档水刮片是否完整无破损变形,必要时立即更新。补充镍块(S-Ni块需先浸泡5%硫酸)。检查滤芯、滤网,每周应更换一次。(滤心之规格为1-5μm)检查镀镍、金槽之溢流流量是否适当均匀。马达运转是否正常。加热器及冷凝管等温度控制系统是否正常。阴极导电铜刷密合度是否均匀,接触导电能力是否正常,铜刷是否有松动。检视电流、电压、温度、机台转速表是否正常。月保养事项:

包含周保养所有事项。机电类之各项测试保养。如换槽时,可顺便清洗内槽体及阳极。(镍槽之阳极块可用5%之硫酸清洗。金槽之白金钛网可用5%KOH清洗。镀液之分析方法:镍槽分析方法:镍金属:准备:氨水MX指示剂0.05M E.D.T.A(取18.8克溶于1公升纯水)操作:取样品1ml于250ml锥形瓶中,加水约150ml.加入浓氨水5-10ml.加入MX指示剂0.1-0.3g.以0.05M E.D.T.A滴定至终点呈紫色.计算:镍金属g/L=滴定ml数×2.9342

氯化镍:准备:5%重铬酸钾指示剂.0.1N硝酸银(取17.02克溶于1公升纯水).操作:取样品5ml于250ml锥形瓶中.加入5%重铬酸钾指示剂1ml.以0.1N硝酸银滴定由绿色至褐色为终点.计算:氯化镍g/L=滴定ml数×2.38

硫酸镍及氨基磺酸镍:计算:硫酸镍g/L=[镍金属g/L-(氯化镍g/L×0.2463)]×4.475

氨基磺酸镍g/L= [镍金属g/L-(氯化镍g/L×0.2463)]÷0.1818

硼酸:准备:甘露醇B.C.P指示剂0.2N NaOH(取8.6克溶于1公升水中).操作:取样品2ml于250ml锥形瓶中,加入纯水100ml.加入2g甘露醇.加入B.C.P指示剂2-3滴.以0.2N NaOH 滴定由绿色至浅蓝色为终点.计算:硼酸g/L=滴定ml数×6.184

§哈氏槽实验操作条件:

酸性快速金槽分析方法:金含量:准备:浓硫酸浓硝酸双氧水高温炉(1000℃)操作:取10ml样品于锥形瓶中.加入5ml浓硝酸及15ml浓硫酸.加热10-15分钟.冷却至室温,加入200ml纯水.加入40ml双氧水(稀释10倍).煮沸至溶液双澄清,大约5-10分钟.冷却至室温,以无灰滤纸过滤,过滤完时以纯水洗一次,再以丙酮洗一次.称取矸锅重量T1.将滤纸放入矸锅内至高温滤中烧2小时(900℃).冷却至室温称重T2.计算:金含量g/L=(T1 -T2)×100

※金含量也能以A.A仪器分析.

钴含量:以A.A仪器来分析.

#209平衡盐:准备:氯化钙溶液(20% W/V).高锰酸钾溶液N/10.硫酸.操作:取样品2ml至1000ml烧杯中,加入纯水800ml.加入10ml之氯化钙溶液.加热至60-70℃保持30-60分钟.将沉淀物过滤,并用纯水洗涤数次.将有沉淀物之滤纸放入烧杯中加入50ml之30%硫酸.加热至70℃,以N/10之高锰酸钾溶液滴定至终点.计算:#209g/L=滴定ml数×4.725

§哈氏槽实验操作条件:

金手指点检表

年 月 日 到 年 月 日 班次


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