Tecnología de PCB - Solución de problemas en el proceso de recubrimiento químico de níquel de placas impresas multicapa

1. funciones y características del recubrimiento de níquel de PCB multicapa

El níquel se utiliza como recubrimiento de base de metales preciosos y comunes en PCB multicapa. También se utiliza comúnmente como capa superficial de algunos PCB unilaterales. Para algunas superficies desgastadas bajo carga pesada, como los contactos del interruptor. para las piezas de contacto o el oro del enchufe, el uso de níquel como recubrimiento de base para el oro puede mejorar considerablemente la resistencia al desgaste. Cuando se utiliza como barrera, el níquel puede prevenir eficazmente la difusión entre cobre y otros metales. Los recubrimientos compuestos de níquel / oro mudo se utilizan generalmente como recubrimientos metálicos resistentes a la corrosión y pueden cumplir con los requisitos de soldadura y soldadura en caliente. Solo el níquel se puede utilizar como recubrimiento anticorrosivo que contiene grabado de amoníaco sin soldadura por presión caliente. Para los PCB multicapa con recubrimiento brillante, generalmente se utiliza un recubrimiento ligero de níquel / oro. El espesor del recubrimiento de níquel generalmente no es inferior a 2,5 micras, generalmente 4 - 5 micras.

Las capas de níquel de bajo estrés de los PCB multicapa generalmente se recubren con soluciones de níquel de Watt modificadas y algunas soluciones de níquel de ácido sulfanílico que contienen aditivos de reducción de estrés.

A menudo decimos que el níquel chapado en PCB multicapa tiene las características de níquel liso y níquel mudo (también conocido como níquel de bajo estrés o níquel semibrillante). En general, se requiere que el recubrimiento sea uniforme y delicado, baja permeabilidad, bajo estrés y buena ductilidad.

2. sulfamato de níquel (níquel amoniacal)

El sulfamato de níquel se utiliza ampliamente como recubrimiento de base para la galvanoplastia de agujeros metálicos y la impresión de contactos de enchufe. El estrés interno de la capa depositada es bajo, la dureza es alta y la ductilidad es buena. Cuando se añade un eliminador de estrés al baño, el recubrimiento resultante se estresará ligeramente. La solución de galvanoplastia de sulfamato tiene muchas fórmulas diferentes, y las fórmulas típicas de la solución de galvanoplastia de níquel de sulfamato se muestran en la siguiente tabla. Debido a la baja tensión del recubrimiento, se ha utilizado ampliamente, pero la estabilidad del sulfamato de níquel es pobre y el costo es relativamente alto.

3. níquel Watt modificado (azufre y níquel)

La fórmula modificada de níquel de azulejo utiliza sulfato de níquel y añade bromuro de níquel o cloruro de níquel. El bromuro de níquel se utiliza ampliamente debido a la tensión interna. Puede producir un recubrimiento de esfuerzo interno semibrillante a pequeño con buena ductilidad; Además, el recubrimiento es fácil de activar para la galvanoplastia posterior y tiene un costo relativamente bajo.

4. función de los componentes del baño de galvanoplastia:

Las principales sales - sulfamato de níquel y sulfato de níquel - son las principales sales en la solución de níquel. La sal de níquel proporciona principalmente los iones metálicos de níquel necesarios para el recubrimiento de níquel, y también desempeña el papel de sal conductora. Las concentraciones de soluciones de níquel varían ligeramente de un proveedor a otro, y el contenido permitido de sal de níquel varía mucho. Se puede utilizar un alto contenido de sal de níquel, una alta densidad de corriente catódica y una velocidad de deposición rápida. Generalmente se utiliza para el recubrimiento de níquel grueso de alta velocidad. Sin embargo, si la concentración es demasiado alta, la polarización catódica disminuirá, la capacidad de dispersión será pobre y la pérdida de extracción del baño será grande. El contenido de sal de níquel es bajo y la velocidad de deposición es baja, pero la capacidad de dispersión es buena, lo que puede obtener un recubrimiento cristalino fino y brillante.

Amortiguador - use ácido bórico como amortiguador para mantener el pH de la solución de níquel dentro de un cierto rango. La práctica ha demostrado que cuando el pH de la solución de níquel es demasiado bajo, la eficiencia de la corriente catódica se reducirá; Cuando el pH es demasiado alto, debido a la precipitación continua de h2, el pH de la capa líquida cerca de la superficie del cátodo aumenta rápidamente, lo que conduce a la formación del coloide ni (oh) 2. La adición de ni (oh) 2 en el recubrimiento aumenta la fragilidad del recubrimiento. Al mismo tiempo, la adsorción del coloide ni (oh) 2 en la superficie del electrodo también hará que las burbujas de hidrógeno se queden varadas en la superficie del electrodo, aumentando la permeabilidad del recubrimiento. El ácido bórico no solo tiene un efecto amortiguador de ph, sino que también puede mejorar la polarización catódica, mejorando así el rendimiento del baño y reduciendo el fenómeno de "coque" a alta densidad de corriente. La presencia de ácido bórico también favorece la mejora de la propiedad mecánica del recubrimiento.

Activación anódica - se utilizan ánodos solubles en otros tipos de procesos de chapado en níquel, excepto en soluciones de chapado en níquel sulfatos. El ánodo de níquel es fácil de pasivar durante la electrificación. para garantizar la disolución normal del ánodo, se añade una cierta cantidad de activación anódica al baño de chapado. El estudio encontró que los iones de cloruro de hidrógeno son el mejor activado para el ánodo de níquel. En la solución de chapado de níquel que contiene cloruro de níquel, el cloruro de níquel no solo actúa como la sal principal y la sal conductora, sino también como el activado anódico. En soluciones de níquel sin cloruro de níquel o con un contenido más bajo, se debe agregar una cierta cantidad de cloruro de sodio de acuerdo con la situación real. El bromuro de níquel o el cloruro de níquel también se utilizan con frecuencia como eliminadores de estrés para mantener el estrés interno del recubrimiento y darle una apariencia semibrillante.

Aditivos - el ingrediente principal del aditivo es el eliminador de estrés. La adición del eliminador de estrés mejora la polarización catódica de la solución de galvanoplastia y reduce el estrés interno del recubrimiento. A medida que cambia la concentración del eliminador de estrés, la tensión interna del recubrimiento puede cambiar de tensión de tracción a tensión de compresión. Los aditivos comunes son el ácido sulfónico de naftaleno P - toluenosusamina sacarina, etc. en comparación con los recubrimientos de níquel sin eliminadores de estrés, la adición de reactivos de eliminación de estrés en el baño de recubrimiento obtendrá recubrimientos uniformes, finos y semibrillantes. Por lo general, los eliminadores de estrés se agregan durante una hora en amperios (los aditivos especiales combinados generales actuales incluyen inhibidores de agujeros de aguja, etc.).

Agente humectante - durante el proceso de galvanoplastia, la precipitación de hidrógeno en el cátodo es inevitable. La precipitación del hidrógeno no solo reduce la eficiencia de la corriente catódica, sino que también hace que aparezcan agujeros de aguja en el recubrimiento porque las burbujas de hidrógeno se conservan en la superficie del electrodo. La permeabilidad de la capa de níquel es relativamente alta. Para reducir o prevenir el agujero de la aguja, se debe agregar una pequeña cantidad de agente humectante al baño de chapado, como el sulfato de sodio de dodecilo. el sulfato de sodio de dietilhexilo, el sulfato de sodio de octilo, es un tensoactivo aniónico que se puede adsorber en la superficie del cátodo reduciendo la tensión de la interfaz entre el electrodo y La solución. Y reducir el ángulo de contacto húmedo de las burbujas de hidrógeno en el electrodo, para que las burbujas puedan salir fácilmente de la superficie del electrodo, evitando o reduciendo la producción de agujeros de aguja recubiertos.

5. mantenimiento del líquido de galvanoplastia

Temperatura - diferentes procesos de níquel utilizan diferentes temperaturas de baño. La influencia de los cambios de temperatura en el proceso de galvanoplastia de níquel es compleja. En soluciones de níquel a temperaturas más altas, el recubrimiento de níquel obtenido tiene una tensión interna más baja y una buena ductilidad. Cuando la temperatura aumenta a 50 ° c, la tensión interna del recubrimiento se estabiliza. Por lo general, la temperatura de operación se mantiene en 55 - 60 ° c. si la temperatura es demasiado alta, la sal de níquel se hidroliza y el coloide de hidróxido de níquel resultante conserva la burbuja de hidrógeno coloide, lo que provoca la aparición de agujeros de aguja en el recubrimiento y reduce la polarización catódica. Por lo tanto, la temperatura de trabajo es muy estricta y debe controlarse dentro del rango prescrito. En el trabajo real, de acuerdo con el mejor valor de control de temperatura proporcionado por el proveedor, se utiliza un controlador de temperatura ambiente para mantener la estabilidad de su temperatura de trabajo.

B. valor de pH - los resultados prácticos muestran que el valor de pH del electrolito de níquel tiene un gran impacto en la propiedad del recubrimiento y el electrolito. En una solución de galvanoplastia de ácido fuerte con pH 2, no se deposita níquel metálico, pero se precipita gas ligero. Por lo general, el pH de los electrolitos recubiertos de níquel para PCB multicapa se mantiene entre 3 - 4. La solución de níquel con un pH más alto tiene una alta dispersión y una alta eficiencia de corriente catódica. Sin embargo, cuando el pH es demasiado alto, el pH del recubrimiento cerca de la superficie del cátodo aumenta rápidamente debido a la continua precipitación de gas ligero en el cátodo durante el proceso de galvanoplastia. Cuando es superior a 6, se produce un coloide ligero de óxido de níquel, lo que resulta en la retención de burbujas de hidrógeno y agujeros de aguja en el recubrimiento. La adición de hidróxido de níquel al recubrimiento también aumentará la fragilidad del recubrimiento. Las soluciones de níquel con un pH más bajo tienen una mejor disolución anódica, lo que permite aumentar el contenido de sal de níquel en el electrolito y permitir el uso de una mayor densidad de corriente, reforzando así la producción. Sin embargo, si el pH es demasiado bajo, el rango de temperatura utilizado para obtener un recubrimiento brillante se reducirá. La adición de carbonato de níquel o carbonato de níquel alcalino aumentará el ph; Añadir ácido aminosulfónico o ácido sulfúrico para reducir el Ph. Durante la operación, se revisa y ajusta el pH cada cuatro horas.

C. ánodos - en la actualidad, el recubrimiento convencional de níquel de PCB multicapa utiliza ánodos solubles, y es común usar cestas de titanio como ánodos para instalar ángulos de níquel. La ventaja del modelo de utilidad es que el área del ánodo puede ser lo suficientemente grande sin cambios, y el mantenimiento del ánodo es relativamente simple. La canasta de titanio debe colocarse en una bolsa de ánodo hecha de material de polipropileno para evitar que el barro de ánodo caiga en la solución de galvanoplastia. Y limpiar e inspeccionar regularmente si los agujeros están abiertos. Las nuevas bolsas de ánodo deben remojarse en agua hirviendo antes de su uso.

D. purificación - cuando el líquido de galvanoplastia está contaminado por materia orgánica, se debe tratar con carbón activado. Sin embargo, este método suele eliminar algunos eliminadores de estrés (aditivos) y debe complementarse. El proceso de procesamiento es el siguiente:

(1. retire el ánodo, agregue 5 ml / L de agua de eliminación de impurezas, caliente (60 - 80 ° c) y extraiga gas (mezcla de aire) durante 2 horas.

(2) cuando hay más impurezas orgánicas, añadir 3 - 5 ml / LR de peróxido de hidrógeno al 30% para el tratamiento y mezclar con aire durante 3 horas.

(3) añadir la actividad del polvo de 3 - 5g / L bajo agitación continua, continuar agitando el aire durante 2 horas, cerrar la mezcla y Dejar reposar durante 4 horas, añadir el polvo de ayuda al filtro y filtrar y limpiar el tambor con un tanque de repuesto.

(4) limpiar y mantener el ánodo, utilizando una placa de hierro corrugado recubierta de níquel como cátodo, arrastrando el cilindro a una densidad de corriente de 0,5 - 0,1a por decimetro cuadrado durante 8 - 12 horas (también se usa a menudo cuando hay contaminación inorgánica en el baño y afecta la calidad)

(5) reemplazar el filtro (generalmente con un grupo de núcleos de algodón y un grupo de núcleos de carbono en serie para la filtración continua. se puede reemplazar regularmente, lo que puede retrasar efectivamente el tiempo de tratamiento más grande y mejorar la estabilidad del baño. analizar y ajustar varios parámetros. añadir agentes humectantes para la galvanoplastia de prueba.

E) análisis - el baño debe utilizar los puntos clave de las especificaciones del proceso especificadas en el control del proceso, analizar regularmente la composición del baño y las pruebas de la piscina de casco, y guiar al Departamento de producción a ajustar los parámetros del baño de acuerdo con los parámetros obtenidos.

F) agitación - al igual que otros procesos de galvanoplastia, el objetivo de la agitación es acelerar el proceso de transferencia de masa, reducir los cambios de concentración y aumentar el límite superior de la densidad de corriente permitida. Las soluciones de galvanoplastia agitadas también juegan un papel muy importante en la reducción o prevención de los agujeros de aguja en la capa de níquel. Durante el proceso de galvanoplastia, los iones de galvanoplastia cerca de la superficie del cátodo son pobres, liberando una gran cantidad de hidrógeno, lo que aumenta el pH y produce coloides de hidróxido de níquel, lo que resulta en burbujas de hidrógeno y retención de agujeros de aguja. El fenómeno anterior se puede eliminar fortaleciendo la agitación de la solución de galvanoplastia restante. El movimiento del cátodo de aire comprimido y la circulación forzada se utilizan comúnmente (combinando la filtración y agitación del núcleo de carbono y el núcleo de algodón).

G) la influencia de la densidad de corriente catódica - la densidad de corriente catódica en la eficiencia de la corriente catódica se ve afectada por la velocidad de deposición y la calidad del recubrimiento. Los resultados muestran que cuando el níquel se recubre en electrolitos de bajo ph, la eficiencia de la corriente catódica aumenta con el aumento de la densidad de corriente en áreas de baja densidad de corriente; En la región de alta densidad de corriente, la eficiencia de la corriente catódica no tiene nada que ver con la densidad de corriente, pero cuando se utiliza una solución de níquel de alto ph, la eficiencia de la corriente catódica no tiene mucho que ver con la densidad de corriente.

Al igual que otros tipos de recubrimientos, el rango de densidad de corriente catódica elegido para el níquel también debe depender de la composición del baño. dependiendo de la temperatura y las condiciones de mezcla, la densidad de corriente varía mucho entre las zonas de alta y baja corriente debido al gran área del PCB multicapa, y el 2a / dm2 suele ser adecuado.

6. causa de la avería y método de eliminación

A) pozos de cáñamo: los pozos de cáñamo son el resultado de la contaminación orgánica. Las grandes fosas suelen indicar contaminación por petróleo. Si la agitación no es buena, las burbujas no se pueden expulsar, lo que formará un pozo de cáñamo. Se pueden usar agentes humectantes para reducir sus efectos. Normalmente llamamos a los pequeños pozos agujeros de aguja y el efecto de pretratamiento es pobre. ¿ qué tipo de metal tienes? El contenido de ácido bórico es demasiado bajo. cuando la temperatura del baño es demasiado baja, se produce un agujero de aguja. El mantenimiento del baño y el control del proceso son las claves. Los inhibidores de pinhole se utilizan como estabilizadores de proceso.

B) burras ásperas: las ásperas se refieren a soluciones sucias que se pueden corregir mediante una filtración adecuada (si el pH es demasiado alto, se puede formar fácilmente una precipitación de hidróxido, que debe controlarse. si la densidad de corriente es demasiado alta, el barro anódico impuro y el agua de suministro pueden introducir impurezas y, en casos graves, pueden producir ásperas y burras.

C) baja adherencia: si el recubrimiento de cobre no se oxida completamente, el recubrimiento se pelará y la adherencia entre cobre y níquel será pobre. Si la corriente se interrumpe, el recubrimiento de níquel se desprende de sí mismo cuando se interrumpe y también se desprende cuando la temperatura es demasiado baja.

D) recubrimiento frágil y mal soldable: cuando el recubrimiento se dobla o se desgasta hasta cierto punto, generalmente se expone la fragilidad del recubrimiento. Esto indica la presencia de contaminación por materia orgánica o metales pesados y de aditivos excesivos. la materia orgánica intercalada y los agentes antiaglomerantes son las principales fuentes de contaminación por materia orgánica y deben tratarse con carbón activado. La cantidad insuficiente de adición y el pH demasiado alto también pueden afectar la fragilidad del recubrimiento.

E) oscurecimiento del recubrimiento, color desigual: oscurecimiento del recubrimiento y color desigual indican contaminación metálica. Debido a que el chapado en cobre suele ser seguido por el chapado en níquel, la solución de cobre introducida es la principal fuente de contaminación. Es importante minimizar la solución de cobre en la horca. Para eliminar la contaminación metálica en los tanques, especialmente la solución de eliminación de cobre, se debe utilizar un cátodo de acero corrugado. A una densidad de corriente de 2 a 5 amps por pie cuadrado, la galvanoplastia sin carga de 5 amps por galón de solución dura una hora. El mal recubrimiento pretratado es demasiado bajo, la densidad de corriente es demasiado baja, la concentración de sal principal es demasiado baja, el mal contacto del Circuito de alimentación de galvanoplastia afectará el color del recubrimiento.

F) quemaduras en el recubrimiento: posibles causas de quemaduras en el recubrimiento: ácido bórico insuficiente y baja concentración de sal metálica, temperatura de funcionamiento excesiva, baja densidad de corriente excesiva, pH excesivo o mezcla insuficiente.

G) baja tasa de depósito: un bajo pH o una baja densidad de corriente puede causar una baja tasa de depósito.

H) ampollas o descamación del recubrimiento: ampollas o descamaciones cuando el tiempo de corte de energía es demasiado largo en el medio del mal tratamiento previo al recubrimiento, la densidad de corriente contaminada por impurezas orgánicas es demasiado alta, la temperatura es demasiado baja, el pH es demasiado alto o las impurezas demasiado bajas tienen un impacto grave.

1. pasivación anódica: activación anódica insuficiente, área anódica demasiado pequeña y densidad de corriente demasiado alta.