PCB电镀镍金工艺介绍一、PCB电镀金工艺1、作用与特性PCB上用镀镍来作为贵金属和贱金属的衬底镀层，对某些单面印制板，也常用作面层对 于重负荷磨损的一些表面，如开关触点、触片或插头金，用镍来作为金的衬底镀层，可大大提高 耐磨性当用来作为阻挡层时，镍能有效地防止铜和其它金属之间的扩散哑镍/金组合镀层常 常用来作为抗蚀刻的金属镀层，而且能适应热压焊与钎焊的要求，唯读只有镍能够作为含氨类蚀 刻剂的抗蚀镀层，而不需热压焊又要求镀层光亮的PCB，通常采用光镍/金镀层镍镀层厚度一 般不低于2.5微米，通常采用4-5微米PCB低应力镍的淀积层，通常是用改性型的瓦特镍镀液和具有降低应力作用的添加剂的一 些氨基磺酸镍镀液来镀制我们常说的PCB镀镍有光镍和哑镍（也称低应力镍或半光亮镍），通常要求镀层均匀细致， 孔隙率低，应力低，延展性好的特点2、氨基磺酸镍（氨镍）氨基磺酸镍广泛用来作为金属化孔电镀和印制插头接触片上的衬底镀层所获得的淀积层的 内应力低、硬度高，且具有极为优越的延展性将一种去应力剂加入镀液中，所得到的镀层将稍 有一点应力有多种不同配方的氨基磺酸盐镀液，典型的氨基磺酸镍镀液配方如下表由于镀层 的应力低，所以获得广泛的应用，但氨基磺酸镍稳定性差，其成本相对高。
典型的氨基磺酸镍电镀镀》夜配方成分克/升高速镀液氨基磺酸镍，Ni（SO3NH2）2280~400400~5003 2 2硼酸，h3bo340~5040g/l阳极活化剂"60—10060—100润湿剂1~5ml/l适量去应力剂（添加剂）适量根据需要而定操作条件温度55度C阴极电流密度（A/dm2）1.5~8搅拌压缩空气加阴极移动加镀液循环阳极现在常用钛篮装镍角PH值3.5~4.3、改性的瓦特镍（硫镍）改性瓦特镍配方，采用硫酸镍，连同加入溴化镍或氯化镍由于内应力的原因，所以大都选 用溴化镍它可以生产出一个半光亮的、稍有一点内应力、延展性好的镀层；并且这种镀层为随 后的电镀很容易活化，成本相对底改性的瓦特镍镀液组分克/升高速镀液硫酸镍,NiSO. 6H2O280~3204504 2硼酸h3bo340~50403 3氯化镍20~30ml/l20润湿剂1一 5ml/l适量阳极活化剂按需要而定60—100去应力剂（添加剂）按需要而定操作条件温度55度C阴极电流密度1.5— 8A/dm2搅拌压气搅拌、阴极移动加溶液循环阳极钛篮装镍角、面积比大于2比1PH值3.5~44、镀液各组分的作用：主盐——氨基磺酸镍与硫酸镍为镍液中的主盐，镍盐主要是提供镀镍所需的镍金属离子并兼 起着导电盐的作用。
镀镍液的浓度随供应厂商不同而稍有不同，镍盐允许含量的变化较大镍盐 含量高，可以使用较高的阴极电流密度，沉积速度快，常用作高速镀厚镍但是浓度过高将降 低阴极极化，分散能力差，而且镀液的带出损失大镍盐含量低沉积速度低，但是分散能力很好， 能获得结晶细致光亮镀层缓冲剂——硼酸用来作为缓冲剂，使镀镍液的PH值维持在一定的范围内实践证明，当 镀镍液的PH值过低，将使阴极电流效率下降；而PH值过高时，由于H2的不断析出，使紧靠 阴极表面附近液层的PH值迅速升高，导致Ni(OH)2胶体的生成，而Ni(OH)2在镀层中的夹杂， 使镀层脆性增加，同时Ni(OH)2胶体在电极表面的吸附，还会造成氢气泡在电极表面的滞留， 使镀层孔隙率增加硼酸不仅有PH缓冲作用，而且他可提高阴极极化，从而改善镀液性能，减 少在高电流密度下的“烧焦“现象硼酸的存在还有利于改善镀层的机械性能阳极活化剂一一除硫酸盐型镀镍液使用不溶性阳极外，其它类型的镀镍工艺均采用可溶性阳极 而镍阳极在通电过程中极易钝化，为了保证阳极的正常溶解，在镀液中加入一定量的阳极活化剂 通过试验发现，CI「氯离子是最好的镍阳极活化剂在含有氯化镍的镀镍液中，氯化镍除了作为 主盐和导电盐外，还起到了阳极活化剂的作用。
在不含氯化镍或其含量较低的电镀镍液中，需根 据实际性况添加一定量的氯化钠溴化镍或氯化镍还常用来作去应力剂用来保持镀层的内应力， 并赋与镀层具有半光亮的外观添加剂一一添加剂的主要成份是应力消除剂，应力消除剂的加入，改善了镀液的阴极极化，降低 了镀层的内应力，随着应力消除剂浓度的变化，可以使镀层内应力由张应力改变为压应力常用 的添加剂有：萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等与没有去应力剂的镍镀层相比，镀液中加入去应 力剂将会获得均匀细致并具有半光亮的镀层通常去应力剂是按安培一小时来添加的(现通用组 合专用添加剂包括防针孔剂等)润湿剂一一在电镀过程中，阴极上析出氢气是不可避免的，氢气的析出不仅降低了阴极电流 效率，而且由于氢气泡在电极表面上的滞留，还将使镀层出现针孔镀镍层的孔隙率是比较高的， 为了减少或防止针孔的产生，应当向镀液中加入少量的润湿剂，如十二烷基硫酸钠、二乙基已基 硫酸钠、正辛基硫酸钠等，它是一种阴离子型的表面活性物质，能吸附在阴极表面上，使电极与 溶液间的界面张力降低，氢气泡在电极上的润湿接触角减小，从而使气泡容易离开电极表面，防 止或减轻了镀层针孔的产生5、镀液的维护A)温度一一不同的镍工艺，所采用的镀液温度也不同。
温度的变化对镀镍过程的影响比较 复杂在温度较高的镀镍液中，获得的镍镀层内应力低，延展性好，温度加致50度C时镀层 的内应力达到稳定一般操作温度维持在55--60度C如果温度过高，将会发生镍盐水解，生 成的氢氧化镍胶体使胶体氢气泡滞留，造成镀层出现针孔，同时还会降低阴极极化所以工作温 度是很严格的，应该控制在规定的范围之内，在实际工作中是根据供应商提供的最优温控值 ， 采用常温控制器保持其工作温度的稳定性b) PH值——实践结果表明，镀镍电解液的PH值对镀层性能及电解液性能影响极大在 PHW2的强酸性电镀液中，没有金属镍的沉积，只是析出轻气一般PCB镀镍电解液的PH值 维持在3-4之间PH值较高的镀镍液具有较高的分散力和较高的阴极电流效率但是PH过 高时，由于电镀过程中阴极不断地析出轻气，使阴极表面附近镀层的PH值升高较快，当大于6 时，将会有轻氧化镍胶体生成，造成氢气泡滞留，使镀层出现针孔氢氧化镍在镀层中的夹杂， 还会使镀层脆性增加PH较低的镀镍液，阳极溶解较好，可以提高电解液中镍盐的含量，允许 使用较高的电流密度，从而强化生产但是PH过低，将使获得光亮镀层的温度范围变窄加 入碳酸镍或碱式碳酸镍，PH值增加；加入氨基磺酸或硫酸，PH值降低，在工作过程中每四小 时检查调整一次PH值。
c） 阳极一一目前所能见到的PCB常规镀镍均采用可溶性阳极，用钛篮作为阳极内装镍角 已相当普遍其优点是其阳极面积可做得足够大且不变化，阳极保养比较简单钛篮应装入聚 丙烯材料织成的阳极袋内防止阳极泥掉入镀液中并应定期清洗和检查孔眼是否畅通新的阳极 袋在使用前，应在沸腾的水中浸泡d） 净化一一当镀液存在有机物污染时，就应该用活性炭处理但这种方法通常会去除一部 分去应力剂（添加剂），必须加以补充其处理工艺如下；（1） 取出阳极，加除杂水5ml/l，加热（60—80度C）打气（气搅拌）2小时2） 有机杂质多时，先加入3— 5ml/lr的30%双氧水处理，气搅拌3小时3） 将3— 5g/l粉末状活性在不断搅拌下加入，继续气搅拌2小时，关搅拌静置4小时，加 助滤粉使用备用槽来过滤同时清缸4） 清洗保养阳极挂回，用镀了镍的瓦楞形铁板作阴极，在0.5 —0.1安/平方分米的电流密度 下进行拖缸8—12小时（当镀液存在无机物污染影响质量时，也常采用）（5） 换过滤芯（一般用一组棉芯一组碳芯串联连续过滤，按周期性便换可有效延期大处理时 间，提高镀液的稳定性），分析调整各参数、加入添加剂润湿剂即可试镀e） 分析一一镀液应该用工艺控制所规定的工艺规程的要点，定期分析镀液组分与赫尔槽试 验，根据所得参数指导生产部门调节镀液各参数。
f） 搅拌——镀镍过程与其它电镀过程一样，搅拌的目的是为了加速传质过程，以降低浓度变化， 提高允许使用的电流密度上限对镀液进行搅拌还有一个十分重要的作用，就是减少或防止镀镍 层产生针孔因为，电镀过程中，阴极表面附近的镀离子贫乏，氢气的大量析出，使PH值上 升而产生氢氧化镍胶体，造成氢气泡的滞留而产生针孔加强对留镀液的搅拌，就可以消除上述 现象常用压缩空气、阴极移动及强制循环（结合碳芯与棉芯过滤）搅拌g） 阴极电流密度一一阴极电流密度对阴极电流效率、沉积速度及镀层质量均有影响测试结果表 明，当采用PH较底的电解液镀镍时，在低电流密度区，阴极电流效率随电流密度的增加而增加； 在高电流密度区，阴极电流效率与电流密度无关，而当采用较高的PH电镀液镍时，阴极电流效 率与电流密度的关系不大与其它镀种一样，镀镍所选取的阴极电流密度范围也应视电镀液的组分、温度及搅拌条件而定， 由于PCB拼板面积较大，使高电流区与低电流区的电流密度相差很大，一般采用2A/dm2为宜6、故障原因与排除a）麻坑：麻坑是有机物污染的结果大的麻坑通常说明有油污染搅拌不良，就不能驱逐 掉气泡，这就会形成麻坑可以使用润湿剂来减小它的影响，我们通常把小的麻点叫针孔，前处 理不良、有金属什质、硼酸含量太少、镀液温度太低都会产生针孔，镀液维护及工艺控制是关键， 防针孔剂应用作工艺稳定剂来补加。
b）粗糙、毛刺：粗糙就说明溶液脏，充分过滤就可纠正（PH太高易形成氢氧化物沉淀应加以控制）电流密度太高、阳极泥及补加水不纯带入杂质，严重时都将产生粗糙及毛刺c） 结合力低：如果铜镀层未经充分去氧化层，镀层就会剥落现象，铜和镍之间的附着力就 差如果电流中断，那就将会在中断处，造成镍镀层的自身剥落，温度太低严重时也会产生 剥落d） 镀层脆、可焊性差：当镀层受弯曲或受到某种程度的磨损时，通常会显露出镀层脆这 就表明存在有机物或重金属什质污染，添加剂过多、夹带的有机物和电镀抗蚀剂，是有机物污染 的主要来源，必须用活性炭加以处理，添加济不足及PH过高也会影响镀层脆性e） 镀层发暗和色泽不均匀：镀层发暗和色泽不均匀，就说明有金属污染因为一般都是先 镀铜后镀镍，所以带入的铜溶液是主要的污染源重要的是，要把挂具所沾的铜溶液减少到最 低程度为了去除槽中的金属污染，尤其是去铜溶液应该用波纹钢阴极，在2~5安/平方英尺的 电流密度下，每加仑溶液空镀5安培一小时前处理不良、低镀层不良、电流密度太小、主盐浓 度太低、电镀电源回路接触不良都会影响镀层色泽f） 镀层烧伤：引起镀层烧伤的可能原因：硼酸不足，金属盐的浓度低、工作温度太低、电 流密度太高、PH太高或搅拌不充分。
g） 淀积速率低：PH值低或电流密度低都会造成淀积速率低h）镀层起泡或起皮：镀前处理不良、中间断电时间过长、有机杂质污染、电流密度过大、温度 太低、PH太高或太低、杂质的影响严重时会产生起泡或起皮现象I）阳极钝化：阳极活化剂不足，阳极面积太小电流密度太高二、PCB电镀金工艺1、作用与特性PCB上的金镀层有几种作用金作为金属抗蚀层，它能耐受所有一般的蚀刻液它的导电 率很高，其电阻率为2.44微欧一厘米由于它的负的氧化电位，使得它是一种抗锈蚀的理想金 属和接触电阻低的理想的接触表面金属金作为可焊性的基底，是争论的问题之一 不过只要 说明金在控制条件的情况下，能成功地用来作为一种焊接的辅助手段就够了近年来镀金工艺得到不断发展，它们大多是专利性的PCB镀金以弱酸性柠檬酸系列的微 氰镀液为宜中性镀液由于其耐污染能力差，以典的碱性氰化物镀金其对电镀抗蚀剂的破坏作用 而不适用2、酸性镀金酸性镀金镀液在PH值为3.5〜4.5的范围内电镀这种体系采用在弱的有机酸电解液中加入 氰化金钾可在配方中加入钻、镍、铟的稳定的络合物，以增加硬度和耐磨性通常酸性镀金的阴极电流效率很低，所以当计算电镀时间时，必须考虑到这一点。
典型的酸性镀金镀液的技术规范组分 克/升 金（以 Kau（CN） 形式加入） 0.5~1.52导电性盐 作为增加导电性所必需PH 调节盐 操作条件 温度PH 值搅拌 阴极电流密度 阳极与阴极比比重 11~13Be°保持PH值所必需45~55 度 C3.5~4.0强制循环（一般结合棉芯过滤）0.5—1.2A/dm24：1阳极 镀铂的钛阳极网3、镀液各组分的作用由于所有镀金配方中都使用不溶性阳极，所以要添加金盐以调节镀液中的金属浓度大多数 厂商都是以已知金含量并称量好的金盐形式提供，常规含金量为68.3%含金量太低，沉积速 率慢，色泽呈暗红色提高金含量，可提高电流密度范围，沉积速度加快，镀层光亮、均匀在 一些镀液中，使用PH调节盐以增加或降低PH值而在另一些配方中，所用的酸是已知的采用 导电性盐使得可能使用较低的电压为了使镀液的比重保持在所规定的范围内，也必须添加导电 性盐4、镀液的维护a） 阳极：不溶性的阳极，例如镀铂的钛或钽阳极的寿命是有限的当铂表面已不行时就要 定期更换当要从阳极上去除不溶性薄膜时，必须仔细；不能使用任何磨料，磨料将会去除铂层钛上镀钉的阳极由于其价格低，使用寿命长，近年来得到推广。
b） 搅拌和过滤：建议在阳极或阴极区域的下部使用强力搅拌，只要从过滤器的流出口上 加一个喷洒器就很容易实现建议搅拌与过滤结合以保持镀液的清洁对于许多镀金配方而言，只要能吸咐有机污染物而不会去除金的过滤芯都可以使用，常用l?m的PP滤芯c ）分析：金属的含量是镀液最为严格的参数除了要分析金之外，镀液所使用的安培一分 钟和安培一小时，也有助于估计镀液的金属含量金属消耗的速率在很大程度上取决于镀液的阴 极电流效率不同的配方其金属消耗的速率变化很大对于已定配方的金镀浴的阴极电流效率， 也为了监视金含量的安培一小时体系包括进去之前，必须确定根据工艺控制部分一节所规定的 工艺规程的要点，定期分析镀液中的金仍然是很重要的d ）金的回收：除了加工板的边料废板之外，带出的金溶液是可设法回收的来源之一一 些厂商出售专门用于回收金的树脂，把这些树脂放在过滤箱中紧靠电镀金的不流动漂洗槽的 漂洗水，由一台泵通过过滤来加于循环当金达到饱和时，取出树脂并进一步再生回收；然后 在过滤器中装入新的树脂，操作过程就可重复进行5、镀金镀液的缺陷排除如果采取有效的维护措施，使镀液保持在所推荐的范围之内；那么镀金所遇到的有关问题 是可以避免的。
既然许多的镀金配方都在使用，则对某一些特定的镀液就不一定会都遇到下面所 说的一些观察结果A）淀积速率低，氢气过多：这些由于金属含量低造成的，尤其是在高效率的镀液中更容易产生；也可能是由于一些抗蚀剂破坏而产生的b ）金镀层从镍基底上起皮：这是由于所用的镍配方不当面引起的许多瓦特镍镀液含有 的光亮剂与镍形成共淀积；这种类型的共淀积层是难以活化的建议采用低应力镍作为金镀层 的底层金属镀前清洗处理不良也将引起结合力问题c ）电流效率低：这是说明金属含量低、PH值低和镀液导电率低但所有这些问题，只要按要求正确添加是很容易纠正的d ）抗蚀层破坏：低效率的一些镀液容易引起抗蚀层破坏，甚至于当镀液处于所推荐的工作参数范围内也是如此当在一些低效率的镀液中，电镀一些厚度层（0.000025英寸）时，抗蚀层破坏现象更为普遍要镀厚度层，应该使用高效率的镀液e）低电流区发雾：可能原因——温度太低、补充剂不足、有机污染、PH太高f） 中电流区发雾、高电流区呈暗色：可能原因——温度太高、阴极电流密度太高、PH太高、补充剂不够、搅拌不、有机污染g） 高电流区烧焦：金含量不足、PH太高、电流密度太高、镀液比重太低、搅拌不够。
h）镀层颜色不均匀：金含量不足、比重太低、搅拌不够、镀液被镍铜等污染i）镀层结合力不好：铜镍间结合力不好、镍金层结合力不好、镀前清洗处里不良、镀镍层应力大J）镀金层可焊性不好：低应力镍层太薄、金层纯度不够、表面被污染（如手印）、包装不适当（需长时间存放，应采用真空包装）k）板面金变色：镀金层清洗不彻底、镀镍层厚度不够、镀金液被金属或有机物污染、镀金层纯度不够、存放在有腐蚀性的环境中6、设备镀槽、循环搅拌过滤器和整流器常压控制设备7、鉴于可以买到各种专利性和非专利性的镀金液，要想一张便于使用的描述所有镀液的电 镀一览表是不实际的；每种配方都有相当多的它自己的效率，阴极电流速率可以从25%几乎变化 到100%所以对于某一特定的应用场合，选择镀金工艺时要考虑到这一点8、金的可焊性正如前面所指出的，金镀层的可焊性问题曾经引起了相当大的争论大多数供应厂商都是把 金作为高度可焊性的基底来加以介绍的，用符合MIL —F—14256的助焊剂就可以焊接一些研究 已表明：由于溶解在焊料中，就会形成一些脆弱的金一焊料连接点（高达20% ）使用具有任何程度孔隙率的金镀层，都会造成基底金属氧化，随后的焊接又要去除金镀层， 由于基体金属未曾被助焊剂处理过，也未曾受到其它类型的去氧化作用，就会使焊料产生半润湿 现象。
虽然一些研究已经指出，上述的一些现象的确存在的但是金还具有一些无可争辨的优越性 能金用在开关的接触部分和接触片上，它的接触电阻是极为优越的；它本身固有的抗腐蚀性能， 使得印制板在装配前可长时间存放许多印制板制造厂家在印制插头部分采用选择性镀金， 以获得接触电阻低的优点，而且避免了用金所造成的潜在性的污染焊接连接点，也避免了镀金的成 本高虽然选择性电镀是很容易实现的，但由于选择性电镀所必须的附加工艺步骤，会引起劳动 成本增加，从而几乎会超过可能的成本降低，所以必须考虑到由于采选择性电镀所引起的导线区、 掩蔽操作、褪出金属镀层、再电镀以及任一增加的图形转印工艺的影响其它的一些研究已经表明：如果在不利的条件下使用金，金确实引起一些焊接问题但如果 使用正确，毫无疑问金是焊接的一种支持下面的一些原则可用于焊接镀金的基底：在正常的操作条件，焊接（60Sn, 40Pb ）会把金镀层从它的基体上清除掉，这样焊料就会与 基体金属形成连接如果金镀层是细密无针孔，焊接连接点将会是满意的一些溶解在焊料中的金合金，可能会造成脆弱的焊接连接点薄金镀层（10微英寸）对焊接连接点不会产生有害影响薄金镀层将比厚金镀层更容易润湿。
厚金镀层（50微英寸）会成为相当大量的金进入焊接点的原因，这就容易形成锡一金的金属间 化合物（AnSn）由此形成脆弱的连接点这种构成的特点为：呈现“砂糖的包观，或出现虚焊点。