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时间:2019-11-13
《PCB印制电路板表面镀镍工艺》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1概述 镍,元素符号Ni,原子量58.7,密度8.88g/cm3,Ni2+的电化当量1.095g/AH。 用于印制板的镍镀层分为半光亮镍(又称低应力镍或哑镍)和光亮镍两种。主要作为板面镀金或插头镀金的底层,根据需要也可作为面层,镀层厚度按照IPC-6012(1996)标准规不低于2~2.5μm。镍镀层应具有均匀细致,孔隙率低,延展性好等特点,而且低应力镍应具有宜于钎焊或压焊的功能。 2低应力镍 2.1镀镍机理 阴极:在阴极上,镀液中的镍离子获得电子沉积出镍原子,同时伴有少量氢气析出。 Ni2
2、++2e+Ni0Ni2+/Ni=-0.25V 2H++2e+H20Ni2+/N2=-0.0V 虽然Ni的标准电极电位很负,但由于氢的过电位以及镀液中镍离子的浓度、温度、pH等操作条件的影响,阴极上析出氢极少,这时镀液的电流效率可达98%以上。只有当pH很低时,才会有大量氢气析出,此时阴极上无镍沉积。 阳极:普通镀镍使用可溶性镍阳极。阳极的主反应为金属镍的电化学溶解: Ni-2e→Ni2+ 当阳极电流密度过高,电镀液中又缺乏阳极活化剂时,阳极将发生钝化并伴有氧气析出: 2H20-4e→02↑+
3、4H+ 当镀液中有氯离子存在时,也可能发生析出氯气得反应: 2C1--2e→C12↑ 阳极上金属镍电化学溶解使镍离子不断进入溶液,从而提供了阴极电沉积所需的镍离子。但当阴极面积不够大或镀液中活化剂不够时,将导致阳极钝化而析出氧,生成的氧进步氧化阳极表面,生成棕色的Ni203氧化膜。 2Ni+3[O]→Ni2O3 由于阳极钝化,使电流密度降低,槽电压升高,电能损失增加。 当使用高速镀镍工艺时,阳极采用非溶性材料如:铂、钛上镀铂网或钛上镀钌网,也可以采用含硫的活性镍阳极。 2.2镀液配方及
4、操作条件 2.3镀液配制 1)在备用槽中,用热去离子水溶解计量的硫酸镍、氯化镍和计量1/2的硼酸。 2)加热至55~60℃,加活性炭3g/L,搅拌2h,静置2h,过滤,将无炭粒的溶液转人已清洗干净的工作槽中。 3)搅拌下,加入其余量硼酸,调pH到3.0,在55-60℃下,用瓦楞形阴极,在0.3~0.5A/dm2下电解,直至阴极板上镀层颜色均匀一致为止。一般通电量需达4Ah/L。 4)加入添加剂和润湿剂,搅拌,调pH及液位,分析镀液成分。试镀。 如果所用硫酸镍、氯化镍等材料纯度低,则需在加活性
5、炭之前,先加H2O21~3ml/L,搅拌半小时,加热至65℃,保持半小时,再加活性炭并继续按步骤进行。 2.4各成分作用 2.4.1主盐 硫酸镍或氨基磺酸镍是镀镍溶液的主要成分,在普通镀镍中,控制Ni2+浓度65-75g/L。表7-2中列出了这两种类型镀液所镀出镀层的主要性能比较。从表中看出,以氨基磺酸盐型的低应力镍镀层的性能更佳。但氨基磺酸镍稳定性较差,价格较贵。而用硫酸镍为主盐也能达到技术要求。 提高主盐浓度,可以提高镀层的沉积速度,并能使允许电流密度范围扩大,但主盐浓度太高会导致镀液分散能力降低。
6、主盐浓度降低导致镀层沉积速度降低,严重时会导致高电流区镀层烧焦。 2.4.2阳极活化剂 为了保证阳极正常溶解,防止阳极钝化,镀液中需要阳极活化剂。镍的卤族化合物如:氯化镍、溴化镍等可以作为镍阳极活化剂。氯化镍浓度不能太高,否则会使镀层应力增加,一般以氯化镍不大于30g/L为宜;以溴离子作阳极活化剂,它的浓度升高影响不大,但溴化物原料来源不如氯化镍方便。 阳极钝化有以下现象: 1)槽电压升高,一般可达6V以上,但电流却很小。 2)阳极表面气泡较多,有时会有刺激性气味,甚至表面呈褐色。 造成阳极
7、钝化的主要原因: 镀液中阳极活化剂浓度太低。 阳极面积太小。 此时,将溶液和阳极面积调整后,将阳极取出,经稀硫酸处理后,洗净重新放人镀液。 2.4.3缓冲剂 硼酸是镀镍溶液最好的缓冲剂。它可以将镀液的酸度控制在一定范围之内,为了达到最佳缓冲效果,硼酸浓度不能低于30g/L,最好保持在40-50g/L。 H2BO3的缓冲作用是通过H2BO3的电离来维持的,H2BO3是一种弱酸,它在水溶液中电离反应如下: H2BO3与H++H2BO3- H2BO3与H++HBO32- HBO3
8、2与H++BO33- 当溶液pH上升时,电离平衡向右进行,维持了溶液pH值的稳定;当溶液pH下降时,使电离平衡向左进行,同样维持了溶液pH的稳定。 硼酸不仅具有pH缓冲能力,而且它能提高阴极极化,改善镀液性能,使在较高的电流密度下,镀层不易烧焦。硼酸的存在也有利于
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