鈀催化亞硫酸體系鍍金工藝與性能的研究.pdf

1、印制電路板（PCB）終飾工藝是其制造流程中最后的表面處理步驟，不僅為線路表面提供保護層，更是保證印刷電路板在裝配和使用中能夠有效連接的關(guān)鍵技術(shù)。本文以PCB終飾工藝為研究背景，針對化學鍍鎳/置換鍍金（ENIG）工藝存在的缺陷，開發(fā)鈀催化化學鍍金方法，并將該工藝用于PCB終飾，作為化學鍍鎳/化學鍍鈀/置換鍍金（ENEPIG）工藝的組成部分。
　　傳統(tǒng)的ENIG工藝過程中，金的沉積是通過鎳金置換反應來進行，由于Ni-P表面的胞狀結(jié)構(gòu)以

2、及氰根離子的滲透作用，使表面電荷分布不均勻，在置換反應過程中造成局部位置的嚴重腐蝕。這種出現(xiàn)Ni-P層過腐蝕的ENIG鍍層在焊接過程中容易出現(xiàn)“黑盤”問題。本研究以亞硫酸體系鍍金溶液在ENIG工藝中的應用為切入點，通過鍍液穩(wěn)定性和鍍層均勻性的表征，對配位劑組成和工藝條件進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的鍍液穩(wěn)定，在Ni-P表面施鍍10 min，所得鍍層厚度為0.05μm，相對標準偏差（RSD）值小于10％，鍍層表面粗糙度為20.8 nm。通過對金層在

3、Ni-P表面的沉積過程及鍍層形貌的表征和分析，建立金層在Ni-P表面的生長模型，發(fā)現(xiàn)亞硫酸體系鍍金液在 Ni-P表面鍍金過程依然是置換反應，無“基體催化”效果，不能夠解決PCB“黑盤”問題。此外，在使用亞硫酸-硫代硫酸鹽的體系在Ni-P表面鍍金過程中，發(fā)現(xiàn)鍍層中有雜質(zhì)S存在。通過實驗證明了S雜質(zhì)主要存在于Ni-P表面，在鍍金過程中隨著Au層厚度的增加，S雜質(zhì)含量逐漸降低。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，通過在ENIG工藝中加入鈀層解決N

4、i-P腐蝕問題。首先對置換鍍鈀、次磷酸鍍鈀以及甲酸鍍鈀的工藝過程及鍍層形貌進行表征，發(fā)現(xiàn)這幾種常用鍍鈀工藝存在不同的缺陷：置換鍍層存在孔隙、次磷酸鈉鍍鈀層以胞狀結(jié)構(gòu)存在、甲酸鍍鈀層由晶體顆粒組成，這幾種鍍鈀層并不適合作為Ni-P表面的阻擋層。另外，使用甲酸鹽作為還原劑在Ni-P表面鍍鈀的過程是“兩段式”反應，通過實驗證明了這個過程中首先進行的是Ni和Pd2+的置換反應，然后在Pd上進行自催化沉積過程。本文在明確了鍍鈀層形貌與組成之間的關(guān)

5、系后，設(shè)計制備以NaH2PO2和HCOONa復配的雙還原劑新型鍍鈀技術(shù)，獲得通過調(diào)整NaH2PO2的量來控制Pd-P層中磷含量的方法。工藝優(yōu)化后制備鍍層磷含量能夠低于1 wt%，經(jīng)過SEM和AFM測試，證實了該工藝得到的低磷Pd-P鍍層具有平整光潔的表面。在Ni-P表面鍍覆了低磷Pd-P層之后，其“胞狀”結(jié)構(gòu)被掩蓋，鍍層耐蝕性能顯著提高。
　　在制備合適的Pd-P鍍層之后，將亞硫酸鍍金體系用于Pd-P鍍層表面鍍金，組成整個ENEP

6、IG工藝過程。通過對反應過程電位變化、鍍液金屬離子濃度變化以及鍍層生長速率的測試分析，證明了金在Pd-P鍍層表面的沉積反應類型為基體催化化學鍍金，無鈀金置換反應發(fā)生。在鍍覆了薄層Pd-P的Ni-P表面，金的沉積反應包括鎳金置換沉積和基體催化化學沉積。提高Pd-P層厚度能夠降低置換反應比例，當鍍覆Pd-P層厚度為0.1μm時，鍍金過程對Ni-P的置換比例為34.2%。
　　在Ni-P層和金層中間加入Pd-P層，能夠抑制“黑盤”產(chǎn)生的