基于印制板插头镀金的工艺研究

2022-09-12

电镀是用途十分广泛的行业,随着客户对印制板的要求不断提高,印制板制造厂家面临着各种新的难题。客户对插头镀金的要求,除了通常的镍金镀层的厚度,镀层的结合力和一致性,以及镀层的硬度之外,有些要求严格的客户,把镀金的孔隙率要求和镀金层耐蚀性也作为其验收通过的条件,这就给生产厂家在生产工艺和品质控制上提出新的要求和新的挑战。

一、印制电路板插头镀镍金

印制电路板插头镀镍金的质量要求,主要是耐磨性好,孔隙率小,具有一定的插拔次数。插头部位电镀镍层厚度应在3~5μm,电镀镍层厚度为0.5~1.5μm。

在大多数印制板插头镀金中,采用的是酸性微氰镀液电镀硬金[1]。在插头上部粘贴保护胶带→退除插头部分锡铅合金→表面刷洗→电镀镍→活化→插头镀金→回收→退去胶带→水洗→干燥→检验[2]。

退除锡铅合金的溶液配方及操作条件如表1所示,它是采用化学法来去除插头部分的锡铅合金的。该溶液必须具备一定的条件:对印制板基材无腐蚀作用,对铜腐蚀性小,退除速度快,退除后无残余镀层[3]。

溶液配方反应作用概述:配方1:退除锡铅速度较快,对铜腐蚀性小,反应过程中温度上升很快,自身分解速度加快。配方2:退除锡铅速度很快,对铜腐蚀性较大,反应过程中温度上升较慢,污染小,成本低。配方中加入铜保护剂可减少铜腐蚀,且需要良好的通风条件。配方3:退除锡铅速度适中,对铜腐蚀性较小,成本较高[4]。

二、插头镀镍

一般采用半光亮镍和光亮镍两种工艺,且镍镀层应均匀、细致、应力低、孔隙率少,镀层延展性好。

在印制板插头镀镍溶液中,合理的工艺配方和适宜的操作条件是很重要的,这有利于保持溶液的稳定性,便于后续操作。具体工艺配方及操作条件见表2。

(一)镀镍溶液的维护

对镀液中的溶液进行定期化验并及时调整以保持镀液成分的稳定性,注意PH值的变化并及时调整,根据镀层需要严格加入防孔针剂,在使用镀液产生污染时,必须进行活性炭吸附、电解等处理。

(二)镀镍溶液常见故障及解决方案

1. 故障

(1)镀层结合力差:镀前处理或电接触的不良,杂质影响。(2)镀层不均匀:电流密度小,主盐浓度不足或基板面发花所导致。(3)镀层产生针孔:防针孔剂或硼酸不足,温度过低。(4)镀层结晶粗糙有毛刺:PH值或电流密度过高,镀液过滤不彻底,阳极袋损坏。(5)镀层脆性高:杂质污染,PH值过高或温度过低引起。

2. 解决方案

(1)加强镀前处理,其次仔细检查各电接点并作出调整。(2)提高电流密度,分析镀液并适量加入,注意及时对板面作清理工序。(3)及时补加镀液中的成分,适当提高温度,加强过滤。(4)及时检查作出相应的调整,进行综合处理。

三、插头镀金

插头镀金镀在镍之上,且纯度为99.9%,硬度大,为120~190kgf/mm^2,耐磨性高,达到在0.5μm时插拔500次不起皮不露底层金属。耐温性能好,在0.5~1μm时350℃不变色。孔隙率小,且不允许孔隙集中在同一部位出现。此外,可焊性好、镀液稳定性好、维护方便。

(一)插头镀金工艺选择

镀金方法:碱性氰化镀金,微氰酸性镀金,亚硫酸盐无氰镀金,复合络合原理镀金。

镀金方案的优缺点比较

碱性氰化镀金:镀液剧毒,且电解液呈强碱性会浸蚀敷铜箔基板,致使铜箔与基板的附着力降低,不可用于印刷电路板的电镀。

微氰酸性镀金:采用了无氰络合剂,溶液呈弱酸性,是良好的有机络合剂,同时对铜箔与基板无腐蚀影响。镀层光亮,设备简单并采用非金阳极,配方简单、镀液稳定、投资少、管理方便。

亚硫酸盐无氰镀金:具有分散性、光亮性、整平性、延展性、可焊性较好等优点,但镀液稳定性差,采用亚硫酸盐作为无氰络合剂,溶液不稳定,易分解。

复合络合原理镀金:必须与导电剂、稳定剂、缓冲剂及络合剂等搭配使用,溶液配制过于繁琐,不易实现。综上所述,选择弱酸性微氰镀金方案是最佳的电镀工艺。这种方法较为成熟,操作安全。

(二)插头镀金溶液工艺配方及操作条件

在镀金溶液的配制中,需要对溶液的成分进行了解及分析,电解液的配制和调整同样不可忽略,其工艺配方及操作条件见表3。

四、镀金过程中的常见故障分析及改善措施

(一)漏镀和镀液消耗过快

1. 漏镀的原因

造成漏镀的原因是因为插头部分的电流密度引起的。

(1)通常边框线的电连接点到插头之间有断线时,会导致电流加不到插头上造成漏镀。(2)电连接点处接触电阻大导致插头部位电流密度过低,从而引起欠镀和漏镀。分析其原因有:一、夹子没夹牢固;二、电连接点处阻焊膜有残留;三、夹子生锈会导致欧姆接触。

2. 镀液消耗过快的原因

(1)操作过程中不合格镀进行返工需多消耗金,这会消耗大量的镀液。(2)插头以外的部分裸铜易吸收金,其次裸铜的面积分布散,导致施加电流盲目性的可能。这是烧黑和漏镀的主要原因。

3. 插头镀金的工艺改进

改变电连接方式,确保电路回路畅通无阻。给印制板插头所在的一边分别进行裁角,并贴白胶带以隔离镀液,这样做可以确保除了插头以外没有电流通过或与镀液隔绝不易被镀上金。

(二)影响镀金孔隙率的原因

印制电路板板插头镀金镀金孔隙率的高低主要受到前处理和镍镀层的影响、铜表面的影响及镀金的影响。

1. 前处理和镍镀层的影响

插头镀镍镀金前必须先进行化学处理,以除去铜表面的氧化层、污渍或是微小阻焊油,同时对铜表面的平整度需要加强,这样有利于镍金镀层的结合力和镀层的致密性。但是当采用的磨轮过于粗大且打磨压力过大时会影响到镍金镀层的覆盖,容易导致孔隙率测试有偏差。一般情况下,镍镀层的好坏对金镀层的质量有着直接影响。当镍镀层出现针孔粗糙现象时,插头镀金镀层的孔隙率会出现较大的问题。在电流密度高的区域时,镍的沉积较快,镀后的致密性较差,也容易出现镀层针孔甚至镀层粗糙的问题。尤其是一些插头分布极不均匀的板件,边缘的插头更容易出现这一问题。除此之外,镍镀层的厚度也是影响镀金孔隙率的原因。镀层越厚,对基底铜表面的覆盖越好,金镀层的覆盖也越好,反之对插头的孔隙率问题越不利。

2. 铜表面的影响

在印制线路板的制造流程中,许多环节操作都会对铜表面的平整度有一定的影响。通常情况下,当插头部位发生擦花现象时或者出现任何凹点影响到铜表面的平整度时,镀镍镀金就很难完全覆盖,这会导致检测孔隙率发生问题。

印制板的插头一般设计在电镀时电流密度较高的地方,即板件的边缘,这往往就是产生问题的关键因素。电镀铜层在边缘上容易产生粗糙、针孔甚至镀层烧焦烧黑的现象,特别是采用沉铜工艺时,为了使孔壁铜达到一定厚度,通常电镀时采用的电流密度较高,这更容易导致镀铜层平整度差。除此之外,镀铜层的平整度还受到有机杂质、镀液中的添加剂含量与含量等因素的影响。镀铜层出现平整度问题时一般只靠打磨是不可能使其表面达到光滑平整的,所以在该部位出现镀金孔隙率的问题是必然的。

摘要：随着电子设计领域迅速发展,印制板的应用在人们的生活中使用相当广泛,金镀层的应用范围也日益扩大,且要求越来越高。本文阐述了氰化、无氰镀金优缺点,并比较选择出最佳的工艺方案。此外,对插头镀金过程中常见的故障进行了分析并制定了相应的改善措施,从而提高了印制板插头的耐磨性。

关键词：无氰镀金,插头镀金分层,镀层孔隙率,耐腐蚀