镍腐蚀改善 - 图文

ME工程试验报告

主题:沉金板镍腐蚀的影响因数与编号： A-IG-05-002 改善方法（一） 类别：新物料 新工艺 新设备 制程改善 √ 制程能力评估或提升 编制 孙国庆

初审 审核 日期 一、 目的

镍腐蚀是指发生在化学镍金的化镍、沉金过程中发生的金对镍的攻击过度造成局部位置或整体位置镍腐蚀的现象，严重者则导致“黑PAD”的出现，严重影响PCB的可靠性。报告通过评估镍腐蚀影响的因数，提出相应的改善方法，改善流程的稳定性。

二、 镍腐蚀影响因数评估

1、 影响因数分析

经过分析，镍腐蚀根据流程可以分为两大类，一是化学镍的影响，一是浸金的影响，具体如下： 1）化学镍中的影响因数

一般的情况下，产生镍腐蚀主要由于镍磷合金层中磷的含量偏低，使得整个磷镍合金层在后面的浸金过程中抗腐蚀能力偏低，最终在浸金时产生镍腐蚀。第二种情况是镍缸中有杂质的污染，使得镍磷合金层发生变化导致抗腐蚀能力下降，比如有机污染（绿油后烘不良析出）、硝酸根离子等。 ①、磷含量的影响

我司使用的是ATO的化学镍金药水，磷含量的控制范围控制在7－10％，当磷含量低于7％时，相对说镍腐蚀产生的机会就会较大。一般情况下，当镍磷合金的沉积反应加快时会导致磷含量的下降。详见表一：

表一、磷含量的影响因子

镍缸参数 镍浓度（5－7g/l） ↑ 次磷酸钠浓度（20－45g/l） ↑ PH ↑ 温度 ↑ 负载（< 0.3dm3/l） ↓ 负载（> 1 dm3/l） ↑ 机械摇摆、循环 ↑ MTO数 ↑ 磷含量 无影响 无影响 ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↑

对于PH（4.6－5.2）、温度（80－90）、负载量（0.3－0.8 dm3/l），现时是按照供应商提供的工艺范围制订更为严格的控制范围，生产控制较为稳定。对于镍缸的循环过滤，原来未有特别的要求，后来的新版本增加了循环量为3－6个turn over；金缸的循环量为1－2turn over；而镍缸的摇摆由原来的幅度为0.2－0.3M，摇摆次数为10－15次改变为要求在0.2－0.5M/min间；我司沉金线现时的摇摆幅度是0.025M，摇摆频率为13次/min，即0.65M/min超出要求上限。为此，对此两项须重新评估。

②、杂质离子的污染

生产中最经常的是会受到NO3-、Cl-及有机物的影响，而这些离子对镍缸的影响我们也是不清楚

的，有必要进一步去验证从而了解如何更好地进行生产控制。 2）浸金的影响

浸金反应是金镍置换反应，反应的快慢程度及反应的时间长短会影响到镍腐蚀产生的情况。反应太快或时间太长时，会使得金对镍层的攻击活性变强或攻击时间延长，轻则导致镍腐蚀的增加，严重时会造成镍的氧化速度远超过金的还原速度，氧化镍未能水解就被金层所覆盖，造成“黑PAD”。影响浸金反应速度的主要有两个因数，一个是Cu2+,一个是摇摆，反应的时间则直接由浸金的时间的长短来控制。

2、 因数对镍腐蚀的影响

1） 摇摆对化镍、浸金的影响 ①评估方法

选用不同摇摆的频率，对比普通方PAD与孔环处PAD的金镍厚度情况从而得知其反应的速度。并做元素分析。 ②评估条件

A、镍缸 a、温度：86℃；b、PH：4.95；c、[Ni]：6.22g/l ；d、[NaH2PO2]：25.72g/l；e、

T：21min；f、MTO：2.5；

B、金缸 a、温度：86℃；b、PH：5.18；c、[Au]：1.55g/l ；d、T：16.5min；e、MTO：2.1； C、摇摆频率为13次/min，镍缸循环量为9.3turn over（生产线），金缸循环量为2.4turn over；

摇摆频率为5-6次/min（化验室），无循环量；

2

D、型号：4974010假板；金镍厚测试位置为4×7mm的方PAD及孔环。

③数据整理 请看表二

表二 不同摇摆金镍厚度对比 方PAD 孔环 金厚（微米） 镍厚（微米） 金厚（微米） 镍厚（微米） 0.066 4.560 0.067 4.749 0.064 4.798 0.070 5.055 4.474 0.071 4.972 摇摆为5－6次/min 0.061 0.067 4.647 0.072 4.820 0.061 4.732 0.068 4.729 0.0638 4.6422 0.0696 4.865 平均值 4.792 0.082 5.489 摇摆为13次/min 0.078 0.074 4.543 0.087 5.333 0.070 4.698 0.087 5.352 0.069 4.484 0.085 5.167 0.072 4.515 0.081 5.197 0.0726 4.6064 0.0844 5.307 平均值 数据分析

a、 摇摆次数由5－6次/min升到13次/min普通方PAD的镍厚变化不大,但孔环PAD的镍厚变化较

大，均值由4.865微米增加到5.307，增加10％；金厚的均值由0.0696微米增加到0.0844，增加

21.26％

b、 摇摆次数由5－6次/min升到13次/min普通方PAD与孔环PAD的金镍厚差距增加较大。 c、 摇摆次数5－6次/min孔环PAD镍厚比普通PAD厚4.8％；金厚厚9.1％； d、 摇摆次数13次/min孔环PAD镍厚比普通PAD厚15.2％；金厚厚16.25％ ④ SEM及元素分析

A、摇摆次数13次/minSEM及元素分析

图一 普通方PAD 图二 孔环pad图

Elmt Element %

图三 孔环镍层元素分析 P 7.75 Ni 92.25 B、摇摆次数5－6次/minSEM及元素分析

图四 普通PAD SEM 图五 孔环PAD SEM

图六 孔环镍层元素分析 Elmt Element % P 8.22 Ni 91.78 ⑤小结

a、 在化镍金时间相同的条件下，镍摇摆的次数由5－6次/min升到13次/min后发现孔环边PAD化

镍金发应比普通PAD要快约15％，镍腐蚀由没有变到严重；

b、 在化镍金时间相同的条件下，化验室试验的摇摆的次数为5－6次/min，无循环量的结果是没有镍腐

蚀；生产线上13次/min，镍缸循环量为9.3turn over，金缸循环量为2.4turn over的结果有镍腐蚀，且孔环处镍腐蚀严重。

c、 造成以上两个结果的原因主要有两个，一个是反应中镍缸的摇摆及循环加快，使得孔边或孔环处的药

水交换速度加快，从而导致反应的加快，从摇摆为5－6次/min的磷含量为8.22％，摇摆为13次/min的磷含量为7.75％也可以说明镍沉积的速度是加快了；而磷含量的降低，抗腐蚀能力会随之变弱。另一个是金缸摇摆及循环的加快，也同样使得金缸中的金镍置换反应加快；两种因素的共同影响下使得镍腐蚀的产生机率大大增加。

2）NO3-、Cl-离子对镍缸的影响 ①评估方法

在烧杯中模拟镍缸的条件，加入5.0ppm、10.0ppm、15ppm的NO3-，5.0ppmCl-离子进行沉镍金，做SEM及元素分析对比此两种离子对化学镍中镍腐蚀的影响。 ②评估条件

A、镍缸 a、温度：82－86℃；b、PH：4.85；c、[Ni]：6.28g/l ；d、[NaH2PO2]：28.72g/l；

e、T：21min；f、MTO：3.2；

B、金缸 a、温度：86℃；b、PH：4.89；c、[Au]：1.65g/l ；d、T：14.9min；e、MTO：2.6 C、摇摆频率为8-10次/min（化验室），无循环量； D、型号：6925036。 ③SEM及元素分析结果整理

A 、NO3-离子的影响

a、镍缸NO3-离子为5ppm的SEM及元素分析

图七：PAD截面镍腐蚀情况 图八 镍表面状况

图九 镍层元素分析 Elmt Element % P 9.73 Ni 90.27

b、镍缸NO3-离子为10ppm的SEM及元素分析

图十：PAD截面镍腐蚀情况 图十一：镍表面状况

图十二：镍层元素分析图 Elmt Element %

P 10.34 Ni 89.66

c、镍缸NO3-离子为15ppm的SEM与元素分析

图十三：镍缸NO3-离子为10ppm的SEM 图十四：镍表面状况

图十五：镍层元素分析 Elmt Element % P 11.06 Ni 88.94

d、小结

随着镍槽液中NO3-离子浓度由5ppm升至15ppm，镍腐蚀的情况逐渐变严重，而镍磷合金层由于受到NO3-离子干扰，磷含量由9.73％→10.34％→11.06％。

B、Cl-离子对镍层沉积的影响

a、镍缸Cl-离子为5ppm的SEM

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