PCB-Technologie - Fehlerbehebung des elektrolosen Vernickelungsprozesses für Mehrschichtplatinen

1. Funktion und Eigenschaften der Vernickelung auf Mehrschichtige Leiterplatte

Vernickeln wird als Substratbeschichtung von Edel- und Basismetallen auf mehrschichtiger Leiterplatte verwendet. Es wird auch allgemein als Oberflächenschicht für einige einseitige Leiterplatten verwendet. Für einige Oberflächen, die unter starker Belastung getragen werden, wie Schalterkontakte Für Kontaktstück- oder Steckergold wird Nickel als Substratbeschichtung von Gold verwendet, was die Verschleißfestigkeit erheblich verbessern kann. Als Barriere verwendet, kann Nickel effektiv die Diffusion zwischen Kupfer und anderen Metallen verhindern. Dumme Nickel-Gold-Verbundbeschichtung wird oft als Antiätzmetallbeschichtung verwendet und kann die Anforderungen des Heißpressschweißens und Lötens erfüllen. Nur Nickel kann ohne Heißpressschweißen als Korrosionsschutzbeschichtung mit Ammoniakätz verwendet werden. Für mehrschichtige PCB mit heller Beschichtung wird normalerweise eine leichte Nickel-Gold-Beschichtung verwendet. Die Dicke der Nickelbeschichtung ist im Allgemeinen nicht kleiner als 2.5 Mikrons, normalerweise 4-5 Mikrons.

Die Niederspannungs-Nickel-Abscheidungsschicht der Mehrschichtplattform wird normalerweise mit modifizierter Wattnickel-Beschichtungslösung und einigen Sulfamsäure-Vernickelungslösungen mit spannungsreduzierenden Additiven überzogen.

Wir sagen oft, dass die Vernickelung auf mehrschichtiger Leiterplatte die Eigenschaften von glattem Nickel und dummem Nickel hat (auch bekannt als Niederspannungs-Nickel oder halbhelles Nickel). Im Allgemeinen muss die Beschichtung gleichmäßig und fein, geringe Porosität, geringe Spannung und gute Duktilität sein

2. Nickelsulfamat (Ammoniak-Nickel)

Nickelsulfamat ist als Substratbeschichtung auf metallisierter Lochgalvanik und gedrucktem Steckerkontakt weit verbreitet. Die innere Spannung der abgeschiedenen Schicht ist niedrig Hohe Härte und ausgezeichnete Duktilität. Wenn dem Bad ein Spannungsentlastungsmittel zugesetzt wird, wird die resultierende Beschichtung leicht beansprucht. Es gibt viele verschiedene Fürmulierungen der Sulfamat-Plattierungslösung, und die typische Formulierung der Sulfamat-Vernickelungslösung wird in der folgenden Tabelle gezeigt. Aufgrund der geringen Spannung der Beschichtung ist es weit verbreitet, aber die Stabilität von Nickelsulfamat ist schlecht und seine Kosten sind relativ hoch.

3. Modifiziertes Wattnickel (Schwefelnickel)

Die modifizierte Wattnickel-Formel nimmt Nickelsulfat zusammen mit der Zugabe von Nickelbromid oder Nickelchlorid an. Aufgrund der inneren Beanspruchung wird meist Nickelbromid verwendet. Es kann eine semi-bright Eine wenig interne Spannungsbeschichtung mit guter Duktilität produzieren; Darüber hinaus ist diese Beschichtung für die nachfolgende Galvanik einfach zu aktivieren, und die Kosten sind relativ niedrig.

4. Funktion jeder Komponente der Plattierungslösung:

Hauptsalze Nickelsulfamat und Nickelsulfat sind die Hauptsalze in Nickellösung. Nickelsalz liefert hauptsächlich Nickelmetallionen, die für die Vernickelung benötigt werden und spielt auch die Rolle des leitfähigen Salzes. Die Konzentration der Vernickelungslösung variiert leicht bei verschiedenen Lieferanten, und der zulässige Gehalt an Nickelsalz variiert stark. Hoher Nickelsalzgehalt, hohe Kathodenstromdichte und schnelle Abscheidegeschwindigkeit können verwendet werden. Es wird häufig für die schnelle dicke Vernickelung verwendet. Wenn die Konzentration jedoch zu hoch ist, wird die kathodische Polarisation reduziert, die Dispersionsfähigkeit ist schlecht, und der Verlust der Plattierungslösung wird groß sein. Der Nickelsalzgehalt ist niedrig, die Abscheidegeschwindigkeit ist niedrig, aber die Dispersionsfähigkeit ist sehr gut, und die feine und helle kristalline Beschichtung kann erhalten werden.

Pufferdidborsäure wird als Puffer verwendet, um den pH-Wert der Vernickelungslösung innerhalb eines bestimmten Bereichs aufrechtzuerhalten. Die Praxis hat bewiesen, dass, wenn der pH-Wert der Vernickelungslösung zu niedrig ist, die Kathodenstromeffizienz verringert wird; Wenn der pH-Wert aufgrund der kontinuierlichen Ausfällung von H2 zu hoch ist, steigt der pH-Wert der Flüssigkeitsschicht nahe der Kathodenoberfläche schnell an, was zur Bildung von Ni (OH) 2-Kolloid führt. Die Aufnahme von Ni (OH) 2 in die Beschichtung erhöht die Sprödigkeit der Beschichtung. Gleichzeitig verursacht die Adsorption von Ni (OH) 2-Kolloid auf der Elektrodenoberfläche auch die Retention von Wasserstoffblasen auf der Elektrodenoberfläche und erhöht die Porosität der Beschichtung. Borsäure hat nicht nur pH-Puffereffekt, sondern kann auch die kathodische Polarisation verbessern, um die Badleistung zu verbessern und das "Koken"-Phänomen unter hoher Stromdichte zu reduzieren. Die Existenz von Borsäure ist auch förderlich, um die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung zu verbessern.

Anodenaktivator, außer dass unlösliche Anode in Sulfat-Vernickelungslösung verwendet wird, wird lösliche Anode in anderen Arten von Vernickelungsprozessen verwendet. Um die normale Auflösung der Anode zu gewährleisten, wird eine bestimmte Menge des Anodenaktivators zur Beschichtungslösung hinzugefügt. Es wird festgestellt, dass CI-Chloridion der beste Nickelanodenaktivator ist. In der Vernickelungslösung, die Nickelchlorid enthält, wirkt Nickelchlorid nicht nur als Hauptsalz und leitfähiges Salz, sondern wirkt auch als Anodenaktivator. In der Vernickelungslösung ohne Nickelchlorid oder mit niedrigem Gehalt ist entsprechend der tatsächlichen Situation eine bestimmte Menge Natriumchlorid hinzuzufügen. Nickelbromid oder Nickelchlorid wird auch oft als Spannungsentlastungsmittel verwendet, um die innere Spannung der Beschichtung aufrechtzuerhalten und der Beschichtung ein halbhelles Aussehen zu verleihen.

Additiv Der Hauptbestandteil des Additivs ist das Spannungsentlastungsmittel. Die Zugabe des Spannungsentlastungsmittels verbessert die kathodische Polarisation der Beschichtungslösung und reduziert die innere Spannung der Beschichtung. Mit der Änderung der Konzentration des Spannungsentlastungsmittels kann die innere Spannung der Beschichtung von Zugspannung zu Druckspannung geändert werden. Allgemeine Additive sind Naphthalinsulfonsäure P-toluolsulfonamid Saccharin usw. Verglichen mit Nickelbeschichtung ohne Spannungsentlastungsmittel wird durch Zugabe von Spannungsentlastungsmittel in die Plattierungslösung eine gleichmäßige, feine und halbhelle Beschichtung erzielt. Normalerweise wird das Stressabbau-Mittel entsprechend Ampere für eine Stunde zugegeben (jetzt enthalten die allgemeinen Kombinations-Spezialadditive Lochhemmer usw.).

Im Galvanikprozess ist die Ausfällung von Wasserstoff auf der Kathode unvermeidlich. Die Ausfällung von Wasserstoff verringert nicht nur die Kathodenstromeffizienz, sondern verursacht auch Nadellöcher in der Beschichtung durch die Retention von Wasserstoffblasen auf der Elektrodenoberfläche. Die Porosität der Vernickelungsschicht ist relativ hoch. Um Nadellöcher zu reduzieren oder zu verhindern, sollte eine kleine Menge Netzmittel, wie Natriumdodecylsulfat, der Beschichtungslösung hinzugefügt werden Natriumdiethylhexylsulfat Natriumoktylsulfat ist ein anionisches Tensid, das auf der Kathodenoberfläche adsorbiert werden kann, die Grenzflächenspannung zwischen der Elektrode und der Lösung verringern, und reduzieren Sie den benetzenden Kontaktwinkel von Wasserstoffblasen auf der Elektrode, so dass die Blasen leicht sind, die Elektrodenoberfläche zu verlassen und die Bildung von Beschichtungspinholes zu verhindern oder zu reduzieren.

5. Wartung der Beschichtungslösung

a. Temperatur und verschiedene Nickelprozesse verwenden unterschiedliche Badetemperaturen. Der Einfluss der Temperaturänderung auf den Vernickelungsprozess ist komplex. In der höheren Temperatur Vernickelungslösung hat die erhaltene Nickelbeschichtung geringe innere Spannung und gute Duktilität. Wird die Temperatur auf 50° C erhöht, erreicht die innere Spannung der Beschichtung Stabilität. Im Allgemeinen wird die Betriebstemperatur bei 55-60 ° C beibehalten. Wenn die Temperatur zu hoch ist, tritt die Hydrolyse von Nickelsalz auf, und das erzeugte Nickelhydroxidkolloid behält die kolloidalen Wasserstoffblasen, was zu Nadellöchern in der Beschichtung führt, und reduziert die kathodische Polarisation. Daher ist die Arbeitstemperatur sehr streng und sollte innerhalb des angegebenen Bereichs kontrolliert werden. Bei der eigentlichen Arbeit wird der Normaltemperaturregler verwendet, um die Stabilität seiner Arbeitstemperatur entsprechend dem optimalen Temperaturkontrollwert des Lieferanten aufrechtzuerhalten.

Die Praxisergebnisse zeigen, dass der pH-Wert des Vernickelelektrolyten einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Beschichtung und Elektrolyt hat. In der stark säurehaltigen Galvaniklösung mit pH-Wert â­2 kommt es zu keiner Ablagerung von Metallnickel, sondern zu leichten Gasen. Im Allgemeinen wird der pH-Wert des Vernickelelektrolyten für mehrschichtige Leiterplatten zwischen 3-4 beibehalten.Die Vernickellösung mit höherem pH-Wert hat eine höhere Dispersionskraft und eine höhere Kathodenstromeffizienz. Wenn der pH-Wert jedoch aufgrund der kontinuierlichen Ausfällung von Lichtgas aus der Kathode während des Galvanikprozesses zu hoch ist, steigt der pH-Wert der Beschichtung in der Nähe der Kathodenoberfläche schnell an. Wenn es größer als 6 ist, wird leichtes Nickeloxid-Kolloid erzeugt, was zur Retention von Wasserstoffblasen und Nadellöchern in der Beschichtung führt. Die Einbeziehung von Nickelhydroxid in die Beschichtung erhöht auch die Sprödigkeit der Beschichtung. Die Vernickelungslösung mit niedrigerem pH hat eine bessere anodische Auflösung, die den Gehalt an Nickelsalz im Elektrolyt verbessern und die Verwendung einer höheren Stromdichte ermöglichen kann, um die Produktion zu stärken. Ist der pH-Wert jedoch zu niedrig, wird der Temperaturbereich für die Erzielung einer hellen Beschichtung verengt. Die Zugabe von Nickelkarbonat oder basischem Nickelkarbonat erhöht den pH-Wert; Fügen Sie Sulfamsäure oder Schwefelsäure hinzu, um den pH-Wert zu reduzieren. Überprüfen und justieren Sie den pH-Wert alle vier Stunden während des Betriebs.

c. Anode. Derzeit nimmt die herkömmliche Vernickelung von mehrschichtiger Leiterplatte lösliche Anode an, und es ist ziemlich üblich, Titankorb als Anode zu verwenden, um Nickelwinkel zu installieren. Das Gebrauchsmuster hat die Vorteile, dass der Anodenbereich ohne Änderung groß genug gemacht werden kann, und die Anodenwartung relativ einfach ist. Der Titankorb wird in den Anodensack aus Polypropylenmaterial gelegt, um zu verhindern, dass der Anodenschlamm in die Beschichtungslösung fällt. Und regelmäßig reinigen und überprüfen, ob die Öse entsperrt ist. Neue Anodenbeutel sollten vor Gebrauch in kochendem Wasser eingeweicht werden.

d. Reinigungsmittel, wenn die Beschichtungslösung durch organische Stoffe verschmutzt ist, sollte sie mit Aktivkohle behandelt werden. Diese Methode entfernt jedoch in der Regel einige Stressabbaumittel (Additive) und muss ergänzt werden. Der Behandlungsprozess ist wie folgt:

(1. Nehmen Sie die Anode heraus, fügen Sie Schmutzentfernungswasser 5ml, Hitze (60-80 ° C), Luftpumpen (Luftrühren) für zwei Stunden hinzu.

(2) wenn es viele organische Verunreinigungen gibt, fügen Sie 3-5ml-LR von 30% Wasserstoffperoxid zur Behandlung hinzu und rühren Sie mit Luft für drei Stunden.

(3) fügen Sie die pulverförmige Aktivität 3-5g Schale L unter kontinuierlichem Rühren hinzu, setzen Sie das Luftrühren für 2-Stunden fort, schalten Sie das Rühren aus und stehen Sie für 4-Stunden, fügen Sie Filterhilfspulver hinzu, verwenden Sie Standby-Tank, um den Zylinder gleichzeitig zu filtern und zu reinigen.

(4. Reinigen und pflegen Sie die Anode, verwenden Sie die Wellblechplatte, die mit Nickel als Kathode überzogen ist, und ziehen Sie den Zylinder für 8-12 Stunden unter der Stromdichte von 0.5-0.1 A. Quadratdecimeter (es wird auch oft verwendet, wenn anorganische Verschmutzung in der Plattierungslösung existiert und die Qualität beeinflusst)

(5) ändern Sie das Filterelement (im Allgemeinen werden eine Gruppe von Baumwollkernen und eine Gruppe von Kohlenstoffkernen für die kontinuierliche Filtration in Reihe verwendet. Es kann periodisch geändert werden, was die große Behandlungszeit effektiv verzögern und die Stabilität der Beschichtungslösung verbessern kann. Analysieren und justieren Sie verschiedene Parameter. Additivbenetzungsmittel hinzufügen, um die Beschichtung zu testen.

e) Analyse der Beschichtungslösung sollte die Schlüsselpunkte der Prozessspezifikation verwenden, die in der Prozesssteuerung angegeben sind, um die Zusammensetzung der Beschichtungslösung und des Rumpfzellentests regelmäßig zu analysieren und die Produktionsabteilung zu führen, um die Parameter der Beschichtungslösung entsprechend den erhaltenen Parametern anzupassen.

f) Rühren und wie andere Galvanikprozesse ist der Zweck des Rührens, den Massenübertragungsprozess zu beschleunigen, die Konzentrationsänderung zu reduzieren und die obere Grenze der zulässigen Stromdichte zu erhöhen. Das Rühren der Beschichtungslösung spielt auch eine sehr wichtige Rolle, um Nadellöcher in der Vernickelungsschicht zu reduzieren oder zu verhindern. Beim Galvanikprozess sind die Plattierungsionen in der Nähe der Kathodenoberfläche schlecht, und eine große Menge Wasserstoff wird ausgefällt, was den pH-Wert erhöht und Nickelhydroxidkolloid produziert, was zur Retention von Wasserstoffblasen und Nadellöchern führt. Das obige Phänomen kann durch Verstärkung des Rührens der verbleibenden Plattierungslösung beseitigt werden. Häufig verwendete Druckluft-Kathodenbewegung und Zwangsumwälzung (kombiniert mit Kohlenstoffkern- und Baumwollkernfiltration und Rühren).

g) Kathodenstromdichte bezeichnet die Auswirkung der Kathodenstromdichte auf die Kathodenstromeffizienz Die Abscheiderate und Beschichtungsqualität werden beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kathodenstromeffizienz mit der Zunahme der Stromdichte im Bereich der niedrigen Stromdichte steigt, wenn die Vernickelung im Elektrolyt mit niedrigem pH durchgeführt wird; Im Bereich der hohen Stromdichte hat die Kathodenstromeffizienz nichts mit der Stromdichte zu tun, aber bei Verwendung von Nickelgalvaniklösung mit hohem pH-Wert hat die Kathodenstromeffizienz wenig mit der Stromdichte zu tun.

Wie andere Arten der Beschichtung sollte der Bereich der Kathodenstromdichte, die für die Vernickelung ausgewählt wird, auch von der Zusammensetzung der Beschichtungslösung abhängen. Abhängig von den Temperatur- und Mischbedingungen ist aufgrund der großen Fläche der mehrschichtigen Leiterplatte die Stromdichte im Hochstrombereich und im Niederstrombereich sehr unterschiedlich, und 2A, DM2 ist im Allgemeinen geeignet.

6. Fehlerursachen und Fehlerbehebung

a) Hanfgrube: Hanfgrube ist das Ergebnis organischer Verschmutzung. Große Gruben deuten normalerweise auf Ölverschmutzung hin. Wenn die Mischung nicht gut ist, können die Blasen nicht ausgestoßen werden, die Hanfgruben bilden. Benetzungsmittel kann verwendet werden, um seine Wirkung zu reduzieren. Wir nennen normalerweise kleine Gruben Pinholes, und die Vorbehandlung ist schlecht Welche Art von Metall haben Sie Borsäuregehalt ist zu niedrig Pinholes werden produziert, wenn die Badetemperatur zu niedrig ist. Die Badwartung und Prozesssteuerung sind der Schlüssel. Als Prozessstabilisator ist ein Lochhemmer zu verwenden.

b) Raugrat: Rauheit bedeutet, dass die Lösung schmutzig ist, was durch eine vollständige Filtration korrigiert werden kann (wenn der pH-Wert zu hoch ist, ist es leicht, Hydroxidausfälle zu bilden, was kontrolliert werden sollte. Wenn die Stromdichte zu hoch ist, werden Verunreinigungen durch unreinen Anodenschlamm und Make-up Wasser eingebracht, was Rauheit und Grat in schweren Fällen verursachen wird.

c) Geringe Haftung: Wenn die Kupferbeschichtung nicht vollständig oxidiert ist, löst sich die Beschichtung ab, und die Haftung zwischen Kupfer und Nickel ist schlecht. Wenn der Strom unterbrochen wird, verursacht er das Selbstschälen der Nickelbeschichtung bei der Unterbrechung, und das Schälen tritt auch auf, wenn die Temperatur zu niedrig ist.

d) Die Beschichtung ist spröde Schlechte Schweißbarkeit: Wenn die Beschichtung gebogen oder bis zu einem gewissen Grad verschlissen wird, wird die Beschichtung Sprödigkeit normalerweise freigelegt. Dies deutet darauf hin, dass organische Stoffe oder Schwermetalle verschmutzt sind und zu viele Zusätze Die eingeschlossenen organischen Stoffe und Galvanisierungswiderstände sind die Hauptquellen der organischen Substanz Verschmutzung, die mit Aktivkohle behandelt werden muss. Unzureichende Zugabe und hoher pH-Wert beeinflussen auch die Sprödigkeit der Beschichtung.

e) Beschichtungsdunkelung und ungleichmäßige Farbe: Beschichtungsdunkelung und ungleichmäßige Farbe zeigen Metallverschmutzung an. Da die Kupferbeschichtung im Allgemeinen von der Vernickelung gefolgt wird, ist die eingebrachte Kupferlösung die Hauptverschmutzungsquelle. Es ist wichtig, die Kupferlösung auf dem Bügel zu minimieren. Um die Metallverschmutzung im Tank, insbesondere die Kupferentfernungslösung, zu entfernen, sollte die Wellstahlkathode verwendet werden. Bei einer Stromdichte von 2,5 A bis Quadratfuß leere Beschichtung von 5 Amps pro Gallone Lösung für eine Stunde. Schlechte Vorbehandlung Schlechte niedrige Beschichtung Die Stromdichte ist zu niedrig Die Hauptsalzkonzentration ist zu niedrig Schlechter Kontakt des galvanischen Stromkreises beeinflusst die Beschichtungsfarbe.

f) Beschichtungsverbrennung: mögliche Ursachen für Beschichtungsverbrennung: unzureichende Borsäure und geringe Konzentration von Metallsalz Die Betriebstemperatur ist zu niedrig Die Stromdichte ist zu hoch PH ist zu hoch oder Mischen ist unzureichend.

g) Niedrige Abscheiderate: Niedriger pH-Wert oder niedrige Stromdichte verursachen eine niedrige Abscheiderate.

h) Blasenbildung oder Abschälen der Beschichtung: schlechte Behandlung vor der Beschichtung Die Zwischenstromabschaltzeit ist zu lang Verunreinigung durch organische Verunreinigungen Übermäßige Stromdichte Die Temperatur ist zu niedrig PH ist zu hoch oder zu niedrig Blasenbildung oder Schälen tritt auf, wenn der Einfluss von Verunreinigungen ernst ist.

1. Anodenpassivierung: der Anodenaktivator ist unzureichend, der Anodenbereich ist zu klein, und die Stromdichte ist zu hoch.