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PCB技術
多層PCBの無電解ニッケルめっきプロセスのトラブルシューティング
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多層PCBの無電解ニッケルめっきプロセスのトラブルシューティング

多層PCBの無電解ニッケルめっきプロセスのトラブルシューティング

2021-12-26
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Author:pcb

1. ニッケルめっきの機能と特性 多層PCB

多層基板上の貴金属基材としてニッケルめっきを用いた。また、いくつかの片面PCBの表面層として一般に使用される。接触片やプラグ金用のスイッチ接点などの重荷重下で摩耗する表面には、金の基板被覆としてニッケルを使用し、耐摩耗性を大幅に向上させることができる。バリアとして使用すると、ニッケルは銅と他の金属との間の拡散を効果的に防止することができる。亜鉛/金複合めっきは,エッチング防止金属コーティングとしてしばしば使用され,ホットプレス溶接とろう付けの要求を満たすことができる。ホットプレス溶接のないアンモニアエッチング液を含む耐食性コーティングとしてニッケルを使用することができる。明るいコーティングを有する多層PCBのために、軽いニッケル/金コーティングは、通常使われる。ニッケルコーティングの厚さは一般に2.5ミクロン以上、通常4~5ミクロンである。

多層PCBの低応力ニッケル蒸着層は、通常、改良されたワットニッケルメッキ溶液と、応力低減添加剤を有するスルファミン酸ニッケルめっき溶液でめっきされる。

多層PCB上のニッケルめっきは、平滑なニッケルおよびダムニッケル(低応力ニッケルまたは半明るいニッケルとしても知られる)の特性を有するとしばしば言う。一般的に、コーティングは、均一で微細で、低い空隙率、低い応力及び良好な延性であることが要求される


(二)スルファミン酸ニッケル(アンモニアニッケル)

スルファミン酸ニッケルは金属被覆ホール電気めっきと印刷プラグ接触の基板被覆として広く使用されている。堆積層の内部応力は低硬度で優れた延性である。浴に応力緩和剤を添加すると、得られるコーティングはわずかにストレスを受ける。スルファミン酸塩溶液の種々の処方があり、スルファミン酸ニッケルめっき溶液の典型的な製剤を以下の表に示す。コーティングの低応力のため広く使用されているが、スルファミン酸ニッケルの安定性は悪く、コストも比較的高い。


(三)変性したワットニッケル(硫黄ニッケル)

改良されたワットニッケル公式は、臭化ニッケルまたは塩化ニッケルの添加とともに、硫酸ニッケルを採用する。内部応力により,臭化ニッケルが多く使用されている。それは、良い延性で半明るい少し内部のストレスコーティングを生産することができます;さらに、このコーティングはその後の電気めっきのために活性化しやすく、コストが比較的低い。

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(四)めっき液の各成分の機能

主な塩-ニッケルスルファミン酸塩と硫酸ニッケルは、ニッケル溶液の主な塩です。ニッケル塩は主にニッケルめっきに必要なニッケル金属イオンを提供し、また、導電塩の役割を果たす。ニッケルメッキ液の濃度は異なる供給者によってわずかに変化し、ニッケル塩の許容量は大きく変化する。高いニッケル塩含有量、高いカソード電流密度および速い堆積速度は、使うことができる。高速度の厚いニッケルめっきに使用される。しかし、濃度が高すぎるとカソード分極が減少し、分散能力が悪くなり、メッキ液の引き出し損失が大きくなる。ニッケル塩含有量が少なく、堆積速度が低いが、分散能が非常に良好であり、微細で明るい結晶性コーティングを得ることができる。

バッファ−ホウ酸をバッファとしてニッケルメッキ溶液のpH値を一定範囲内に維持する。ニッケルめっき液のpH値が低すぎるとカソード電流効率が低下することが実証された。pH値が高すぎると、H 2の連続沈殿により、カソード表面に近い液層のpH値が急激に増加し、Ni(OH)2コロイドが形成される。コーティング中のNi(OH)2の混入は、コーティングの脆性を増加させる。同時に、電極表面へのNi(OH)2コロイドの吸着も、電極表面上の水素気泡の保持を引き起こして、コーティングの多孔性を増やす。ホウ酸はph緩衝効果を持つだけでなく,陰極分極を改善することができ,浴性能を改善し,高い電流密度下での「coking」現象を減少させることができる。ホウ酸の存在は、コーティングの機械的性質を改善するためにも有効である。

アノード活性化剤-不溶性アノードが硫酸ニッケルメッキ溶液中で使用されることを除いて、可溶性アノードは、他のタイプのニッケルめっきプロセスで使用される。ニッケルアノードはパワーオン中にパッシベーションするのが容易である。アノードの通常の溶解を確実にするために、一定量のアノード活性化剤をメッキ液に添加する。ci‐塩化物イオンは最良のニッケル陽極活性化剤であることが分かった。塩化ニッケルを含むニッケルめっき液では、塩化ニッケルは主塩及び導電性塩として作用するだけでなく、アノード活性化剤としても作用する。塩化ニッケル又は低含有量のニッケルメッキ液では、実際の状況に応じて一定量の塩化ナトリウムを添加しなければならない。臭化ニッケルまたは塩化ニッケルは、しばしば、コーティングの内部応力を維持し、コーティングを半明るい外観に与えるための応力緩和剤として使用される。

添加剤-主要な成分は、ストレスリリーフ剤です。応力緩和剤の添加は、メッキ液の陰極分極を改善し、コーティングの内部応力を減少させる。応力緩和剤の濃度の変化により,引張応力から圧縮応力へのコーティングの内部応力を変化させることができる。一般的な添加剤はナフタレンスルホン酸p -トルエンスルホンアミドサッカリンなどであり、応力緩和剤のないニッケルコーティングと比較して、メッキ液に応力緩和剤を添加すると、均一で、微細で準明るいコーティングが得られる。通常、1時間アンペアに応じてストレスリリーフ剤を添加する(現在、一般的な配合特殊添加剤はピンホール抑制剤等)。

電気めっきプロセスでは、陰極への水素の析出は避けられない。水素の析出は陰極電流効率を低下させるだけでなく,電極表面への水素気泡の保持による被覆のピンホールを引き起こす。ニッケルめっき層の空隙率は比較的高い。ピンホールを低減または防止するために、硫酸ドデシルナトリウムのような少量の湿潤剤をメッキ液に添加する必要がある。そして、電極上に水素気泡の濡れ接触角を減少させ、気泡が電極表面を離れるのが容易であり、コーティングピンホールの発生を防止または低減する。


めっき液の管理

温度-異なるニッケルプロセスは、異なるバス温度を使います。ニッケルめっきプロセスに及ぼす温度変化の影響は複雑である。高温ニッケルメッキ液では、得られたニッケル被膜は内部応力が低く、延性が良好である。50℃°Cまで昇温すると、コーティングの内部応力が安定する。一般的に、温度が高すぎると、温度は55〜60℃程度に維持され、ニッケル塩の加水分解が起こり、生成した水酸化ニッケルコロイドはコロイド状の水素気泡を保持し、コーティングにピンホールを生じ、カソード分極を減少させる。従って、作業温度は非常に厳しく、所定範囲内で制御される必要がある。実際の作業では、通常の温度コントローラを使用して、供給される最適温度制御値に従って、その作動温度の安定性を維持する。

b . ph値‐実際の結果は,ニッケルめっき電解質のph値が被覆と電解質の性質に大きな影響を及ぼすことを示した。また、pH−酸≧2の強酸電気めっき液では、金属ニッケルの析出はないが、光ガスが析出する。一般に、多層PCB用のニッケルめっき電解質のpH値は3〜4の間で維持される。より高いpH値を有するニッケルめっき液は、高い分散力及び高いカソード電流効率を有する。しかし,phが高すぎると,電気めっきプロセス中の陰極からの軽ガスの連続析出により,陰極表面近傍の被覆のph値が急激に増加する。6より大きい場合には、軽酸化ニッケルコロイドが生成され、水素気泡及びピンホールがコーティングされる。コーティング中に水酸化ニッケルを含有させると、コーティングの脆性も増加する。低pHのニッケルめっき液は、アノード溶解が良好であり、電解質中のニッケル塩の含有量を向上させ、より高い電流密度の使用を可能にし、製造を強化する。しかし、pHが低すぎると、明るいコーティングを得るための温度範囲が狭くなる。炭酸ニッケルまたは塩基性ニッケルカーボネートを加えることは、pH値を増やします;pH値を減らすために、スルファミン酸または硫酸を加えてください。操作の間、pH値を4時間おきにチェックして、調節してください。

C .アノード-現在のところ、多層PCBの従来のニッケルメッキは、可溶性アノードを採用しており、ニッケル角を取り付けるためにチタンバスケットをアノードとして使用することは非常に一般的である。ユーティリティモデルは、アノード領域を変更なしに十分に大きくすることができ、アノードメンテナンスは比較的簡単であるという利点を有する。チタン袋は、アノード泥がメッキ液に落下するのを防止するために、ポリプロピレン材料からなる陽極袋に入れられる。定期的にきれいにし、アイレットがブロックされているかどうかを確認します。使用する前に新しい陽極袋を沸騰水に浸すこと。

d .精製-メッキ液が有機物によって汚染されるとき、それは活性炭で扱われなければなりません。しかしながら、この方法は、通常、いくつかのストレス緩和剤(添加剤)を除去し、補充しなければならない。治療方法は以下の通りである

(1)陽極を取り出し、不純物除去水5 ml/l、熱(60〜80℃)、空気ポンプ(空気攪拌)を2時間加える。

(2)有機不純物が多い場合は30 %過酸化水素の3〜5 ml/lrを加えて3時間空気を加えて混ぜる。

(3)連続攪拌下で3−5 g/lの粉末状の活性を加え、2時間空気攪拌し、撹拌して4時間放置し、濾過助剤粉末を加え、予備槽を使用してシリンダを濾過して洗浄する。

(4)陽極をきれいにして維持するために、ニッケルメッキされた波形鉄板を陰極として用い、電流密度0.5〜0.1 A/平方メートルの下で8〜12時間の間、円筒をドラッグ(メッキ液中に無機汚染が存在し、品質に影響する場合もよく使用される)

(5)フィルターエレメント(一般的には綿コア群、炭素コア群)を連続的に連続濾過することにより、処理時間を効果的に遅延させ、メッキ液の安定性を向上させることができる。

解析:めっき液はプロセス制御で指定されたプロセス仕様の要点を使用して、メッキ液の組成やハルセル試験を定期的に分析し、得られたパラメータに従ってメッキ液のパラメータを調整するために製造部門を指導する。

f)他の電気めっきプロセスと同様に、攪拌の目的は、物質移動プロセスを加速し、濃度変化を低減し、許容電流密度の上限を増加させることである。メッキ液を攪拌することは、ニッケルメッキ層のピンホールを低減または防止する上で非常に重要な役割を果たす。電気めっき法では、陰極表面近傍のメッキイオンが不足し、多量の水素が析出し、pHが上昇し、水酸化ニッケルコロイドが生成され、水素気泡やピンホールが保持される。残りのメッキ液の攪拌を強化することにより、上記の現象を解消することができる。一般的に使用される圧縮空気カソードの動きと強制循環(カーボンコアとコットンコアろ過と攪拌)。

カソード電流密度−カソード電流効率に対するカソード電流密度の効果は、堆積速度および被覆品質に影響を及ぼす。低phの電解質中でニッケルめっきを行った場合,低電流密度領域で電流密度が増加するとカソード電流効率が増加することが分かった高電流密度領域では、カソード電流効率は電流密度とは無関係であるが、高pHニッケルめっき液を使用する場合、カソード電流効率は電流密度とほとんど関係がない。

他の種類のメッキと同様に、ニッケルメッキについて選択されるカソード電流密度の範囲は、温度および混合条件によってメッキ液の組成に依存しなければならない。多層PCBの大きな面積により、高電流領域および低電流領域における電流密度は非常に異なり、一般的には、2 A/dm 2は好適である。


故障原因とトラブル解決

ヘンプピット:ヘンプピットは有機汚染の結果です。大きなピットは、通常、油汚染を示します。混合が良くないならば、泡は追放されません。湿潤剤を使用してその効果を減少させることができる。我々は通常、小さな穴のピンホールを呼び出して、前処理は、どのような金属は、ホウ酸の含有量があまりにも低いピンホールは、風呂の温度が低すぎるときに生成されているかを貧しい。バスのメンテナンスとプロセス管理が重要です。ピンホール抑制剤はプロセス安定剤として使用する。

粗バリ:粗さは、溶液が汚れていることを意味します、それは完全なろ過によって修正されることができます(pHがあまりに高いならば、水酸化物沈殿は形成されやすいです)。

低接着性:銅コーティングが完全に酸化されていないと、コーティングが剥離し、銅とニッケルとの密着性が悪い。電流が遮断されると、中断時にニッケルコーティングの自己剥離が生じ、温度が低すぎると剥離も生じる。

d)コーティングは脆性の悪い溶接性である。これは有機物や重金属汚染が多く,添加物が多すぎると,有機物や電気めっきレジストが有機物汚染の主な原因であり,活性炭で処理しなければならない。コーティングの脆性にも十分な添加と高pHが影響しない。

e)塗膜暗黒と凹凸色:塗膜暗黒と不均一色は金属汚染を示す。銅めっきは一般的にニッケルめっきが続くので、入った銅溶液が主な汚染源である。ハンガーの銅溶液を最小化することが重要である。タンク内,特に銅除去液中の金属汚染を除去するために波形鋼陰極を使用する。2~5 A /平方フィートの現在の密度で、1時間の間1ガロンのあたり5アンペアの空のメッキ。低濃度前処理不良電流密度が低すぎる主塩濃度が低すぎる電気めっきパワー回路の接触不良がコーティング色に影響します。

コーティングバーン:可能な原因は、コーティングバーン:不十分なホウ酸と低濃度の金属塩は、動作温度が低すぎる電流密度が高すぎるpHが高すぎるまたは混合が不十分です。

低堆積速度:低いph値または低い電流密度は、低い堆積速度を引き起こす。

h)コーティングのブリスタリングまたは剥離:中間電源オフ時間をメッキする前の処理は,不純物の影響が大きいとき,有機不純物による過度の電流密度があまりにも長いので,温度が低すぎるphはあまりにも高く,あるいはブリスタリングや剥離が生じにくい。

アノードパッシベーション:アノードアクティベーターは不十分であり、アノード面積が小さすぎるので、電流密度が高すぎる。