化学镍金工艺中金面异色分析及改善

 自上世纪90年代至今，随着电子产品追求轻、薄、短、小、高频化和数字化等因素的推动下，化学镍金表面处理工艺在PCB中得到迅速地推广，这主要得益于化学镍金层具有良好的保护性、焊接性、平整性以及优良的电性能，因此，对比OSP(有机保护膜)、喷锡等其它PCB表面处理，化学镍金可满足更多种smt要求，被广泛应用于手机、电脑、IC卡等诸多电子工业。

    化学镍金（Electroless Nickel and Immersion Gold，简写为ENIG）又称化镍金、沉镍金或者无电镍金，化学镍金是通过化学反应在铜的表面置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍磷合金层，然后再通过置换反应在镍的表面镀上一层金。

    化学镍金作为PCB表面处理之一，如果来料铜面异常会导致化学镍金后出现漏镀、甩镍金、金面异色等品质异常，其中的金面异色问题通常情况下会从化学镍金前处理方面着手解决。而本文中所讲的金面异色为金厚偏薄异色，并且异色问题均集中在IC和BGA位置,如图1所示。本文将就此问题产生的原因进行分析，并给出改善措施，终解决这类金面异色问题。

    二、原因分析
    2.1沉金反应原理
    当PCB板面镀好镍层放入金槽后，其镍面即受到槽液的攻击而溶出镍离子，所抛出的两个电子被金氰离子获得而在    镍面上沉积出金层，反应机理如下：
    阳极反应：Ni→Ni2++2e-    E0=0.25V
    阴极反应：Au(CN)2-+e-→Au+2CN-    E0=0.6V
    总反应式  Ni + Au(CN)2- → Ni2+ + Au + 2CN-

    从以上沉金反应机理可以得出此反应属于典型的置换反应，总反应的电位为-0.35V，在Ni和Au+的接触便可自发进行，理论上镍面上完全覆盖上一层Au之后，金的析出便停止，实际上由于金层表面上孔隙较多，故多孔金属下的镍仍可溶解抛出电子而金继续析出在镍上，只不过速率会愈来愈低，直至终止。

    2.2 金面异色原因分析

    2.2.1正常IC与异常IC镍厚切片分析

    从以上切片镍厚测量得出，IC异色处与正常IC位镍厚无明显差异，说明造成IC异色原因不是沉金假镀(镍厚偏薄)引起，即此类IC露镍异色与镍厚无关系。

    2.2.2正常IC与异色IC金镍厚测量

    从以上异常IC与正常IC金厚测试数据得出，异常IC与正常IC镍厚无明显差距，但异常IC金厚比正常IC金厚大相差0.82微英寸，因此可以判定IC异色为金厚过薄呈现镍的颜色所致。

    2.2.3正常IC与异色IC镍层SEM及EDS分析

    从以上镍面SEM及EDS分析得出，IC异色处与正常IC位镍面晶体结构和P含量均无明显差异，说明造成IC露镍异色原因不是镍面晶体异常引起。

    2.2.4通过鱼骨图对金面异色可能存在原因进行分析，如下图所示。

    2.2.5原因筛选
    (1)现场跟进发现同一时间、同一条件生产出来的板，有些板有异色，有些板无异色，因此可以排除人员、机器和环境方面的因素；
    (2)现场跟进中还发现发生异色的板都发生在有BGA和IC的板上，并且异色板主要集中在杂色油墨上，因此将原因得点锁定在物料和方法上。

    三、实验验证
    3.1实验流程
    来料→水平喷砂处理→上板→除油→微蚀→预浸→活化→后浸→化沉镍→化学金→金回收→下板

    3.2实验参数
    实验参数如下页表3所示。

    3.3实验方案

    四、实验验证结果及分析
    从下页表4中的5组实验结果对比得出：
    (1) 将沉金金缸金浓度提高至1.2g/L仍有异色现象，说明金浓度不是导致IC或BGA异色的原因；
    (2) 将沉金活化时间提高至120S仍有异色现象，说明金活化时间不是导致IC或BGA异色的原因；
    (3) 对比本厂沉金和外发沉金都有BGA或IC异色现象，说明沉金药水不是导致沉金板异色的主要原因；
    (4) 阻焊工序采用不同油墨丝印沉金后都有金异色现象，说明油墨不是导致金面异色的原因；
    (5)在阻焊工序采用铝片塞孔处理的板在沉金后无金面异色现象，而未采用铝片塞孔的板沉金后均出现金面异色现象,说明阻焊铝片塞孔对BGA和IC金面异色有很大的改善作用；铝片塞孔与非铝片塞孔孔内切片对比如图3和图4所示。

    五、结论
    针对沉金板BGA或IC金面异色问题，曾经困扰我司许久，在生产过程中我们也进行过很多尝试，但均未得到完全杜绝之目的，后通过对沉金的反应原理和异常板进行仔细分析，并且通过试板对比及量产验证，终找到通过阻焊铝片塞孔能彻底解决BGA或IC金面异色问题。

来源：化学镍金工艺中金面异色分析及改善