化學鍍鎳-置換鍍金工藝及其沉積機制研究.pdf

1、金鍍層具有優(yōu)異的耐蝕性及導電性，適合做高檔印刷線路板的導電與保護層。由于金層容易與印刷板上的銅層相互遷移形成合金，通常采用鎳層做銅與金之間的擴散阻擋層。目前廣泛使用的是化學鍍鎳/置換鍍金(ENIG)工藝，然而鍍金時鎳基體易過度腐蝕而導致后續(xù)焊接失效。提高化學鍍鎳層的耐腐蝕性能及降低置換鍍金液對鎳層的腐蝕是解決該問題的關鍵所在。為此，本文確定了具有較高耐腐蝕性能的化學鍍鎳層和對鎳基體具有較小腐蝕性能的置換鍍金工藝，同時從多方面研究了ENI

2、G工藝，討論了化學鍍鎳添加劑的作用機制，明確了鎳基體上金的沉積過程，并將該工藝應用于印刷線路板表面處理。
　　采用正交試驗確定了中磷酸性化學鍍鎳體系和EN-1、EN-2、EN-3組合添加劑。向鍍液中添加EN-2可明顯改善化學鍍鎳層耐硝酸腐蝕性能。在本文確定的鍍液維護方式下，4個金屬周期內(nèi)，鍍液穩(wěn)定性良好、沉積速率適中；鍍層P含量及外觀、耐蝕性均較穩(wěn)定，具有耐后續(xù)置換鍍金液腐蝕的能力，適合用于ENIG工藝。通過單因素和正交試驗分別優(yōu)

3、選了兩種穩(wěn)定、中性的置換鍍金工藝，一種以KAu(CN)2為金鹽，有機膦酸為配位劑，另一種以Na3Au(SO3)2作為金鹽，Na2SO3和Na2S2O3為配位劑。并明確了氰化金鉀置換鍍金為100％置換鍍，無氰亞硫酸鍍金體系主要為Ni基體催化鍍。綜合比較后選擇無氰亞硫酸鹽鍍金體系用于ENIG工藝。該鍍液穩(wěn)定性好，沉積10min可獲得厚度約0.04μm、外觀良好的鍍金層。在此基礎上，優(yōu)化了ENIG工藝。該工藝能夠提高化學鍍鎳層的耐腐蝕性能，降

4、低置換鍍金時對鎳基體的腐蝕。所得Ni/Au組合鍍層外觀良好，具有良好可焊性，Ni/Au結合力合格。
　　采用耐硝酸腐蝕測試結合掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線熒光光譜(XRF)、X射線衍射(XRD)及X射線光電子能譜(XPS)方法考察了硫脲(TU)和3-S異硫脲丙烷磺酸化合物(UPS)對化學鍍鎳層性能的影響。結果表明兩種添加劑的加入均降低鍍層中P含量，增大S含量，鍍層結晶度增大。并發(fā)現(xiàn)該兩種添加劑對化學鍍鎳層表面形貌的影響不同，而

5、且UPS加入鍍鎳液后可以明顯改善鍍層的耐硝酸腐蝕性能。提出了UPS改善鍍層耐硝酸腐蝕的作用機制。一方面，添加UPS后的化學鍍鎳層在硝酸腐蝕過程中表面形成由Ni、P、S、O、C及N元素組成的膜層，該膜層能夠起到保護鎳面的作用，改善了鍍鎳層的耐腐蝕性能。此外，UPS的加入使得鍍層表面平滑，晶界致密，是鍍層耐蝕性提高的另一原因。
　　采用電化學、熱力學、XRF、XPS及紅外漫反射等測試方法，深入探討了UPS、硫酸鈰、3-氨基-5-巰基-

6、1,2,4-三唑(AMTA)三種不同類型添加劑對化學鍍鎳影響的作用機制。在此基礎上首次提出了添加劑對化學鍍鎳沉積影響的吸附-毒化-電化學協(xié)同作用機制。
　　綜合采用電化學測試，XRF及原子力顯微鏡(AFM)等測試方法，深入分析了化學鍍鎳基體上置換鍍金過程及聚乙烯亞胺對置換鍍金過程中鎳基體腐蝕的影響機制。電化學及XRF測試表明在沉積過程中，沉積速率和電極電勢均發(fā)生明顯變化，這些變化反映了電極表面狀態(tài)的改變。AFM測試表明鎳基體表面形