PCB 镀镍：作用、特性与应用全面解析

PCB 镀镍：作用、特性与应用全面解析

1、作用与特点 PCB（印刷电路板的英文缩写）采用镍镀层作为贵金属和贱金属的基底镀层，也常用于一些单面印刷电路板的表面层。对于一些磨损较大的表面，如开关触点、接点或插头金等，用镍作为金的基底镀层，可大大提高耐磨性。镍作为阻挡层时，能有效地阻止铜与其它金属之间的扩散。亚光镍/金组合镀层常用作耐蚀刻的金属镀层，能满足热压焊接和钎焊的要求。只有镍才能作为含氨蚀刻剂的耐蚀刻镀层，不需要热压焊接而要求镀层光亮的PCB通常采用光亮镍/金镀层。镍镀层厚度一般不小于2.5微米，通常为4-5微米。 PCB的低应力镍沉积层通常采用改性瓦特镀镍液和一些含有降低应力的添加剂的氨基磺酸镀镍液进行镀制。 我们常说的PCB镀镍有光亮镍和哑光镍（也叫低应力镍或半光亮镍），通常要求镀层均匀细密，孔隙率低，应力小，延展性好。2、氨基磺酸镍（氨镍）氨基磺酸镍在金属化孔电镀、印刷插头触片上广泛用作基材镀层，所得沉积层内应力小，硬度高，延展性极其优良，在镀液中加入应力消除剂后，所得镀层会带有一点应力。氨基磺酸盐镀液有多种不同配方，氨基磺酸盐镀镍液典型配方如下表所示。

由于镀层应力小，所以应用广泛，但氨基磺酸镍稳定性差，成本相对较高。 3、改性瓦特镍（硫镍） 改性瓦特镍配方采用硫酸镍，配以溴化镍或氯化镍。由于有内应力，多采用溴化镍。可产生半光亮，稍有内应力，延展性好的镀层；且此镀层易活化进行后续电镀，成本相对较低。 4、镀液各组分的作用： 主盐-氨基磺酸镍和硫酸镍是镀镍液中的主要盐类。镍盐主要提供镀镍所需的镍金属离子，同时起导电盐的作用。不同供应商的镀镍液浓度略有不同，镍盐允许含量差异较大。镍盐含量高可使用较高的阴极电流密度，沉积速度快，常用于高速厚镍镀层。 但浓度过高，会降低阴极极化、分散能力差、镀液带出损失大。镍盐含量低时沉积速度慢，但分散能力好，可获得结晶细密、光亮的镀层。采用缓冲剂—硼酸作为缓冲剂，使镀镍液的pH值保持在一定的范围内。实践表明，镀镍液pH值过低时，阴极电流效率会下降；pH值过高时，由于H2的不断析出，靠近阴极表面的液层pH值会迅速上升，导致Ni(OH)2胶体的生成，而Ni(OH)2夹杂在镀层中增加了镀层的脆性。同时，Ni(OH)2胶体在电极表面的吸附，还会使氢气泡滞留在电极表面，增加镀层的孔隙率。

硼酸不仅有pH缓冲作用，而且可以增加阴极极化，从而改善镀液性能，减少大电流密度下的“烧焦”现象。硼酸的存在还有利于提高镀层的力学性能。阳极活化剂——除硫酸盐型镀镍液采用不溶性阳极外，其他类型的镀镍工艺均采用可溶性阳极。镍阳极在通电过程中极易钝化，为保证阳极的正常溶解，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，还起着阳极活化剂的作用。在不含氯化镍或氯化镍含量较低的镀镍液中，需根据实际情况加入一定量的氯化钠。 溴化镍或氯化镍也常作为应力消除剂使用，以保持镀层内应力，使镀层呈现半光亮的外观。添加剂--添加剂的主要成分是应力消除剂，应力消除剂的加入，改善了镀液的阴极极化，降低了镀层内应力，随着应力消除剂浓度的变化，可使镀层内应力由拉应力变为压应力。常用的添加剂有：萘磺酸、对甲苯磺酰胺、糖精等。与不加应力消除剂的镀镍相比，镀液中添加应力消除剂，将获得均匀、细腻、半光亮的镀层。通常应力消除剂是按照安培小时加入的(目前专用添加剂的一般组合有防针孔剂等)。润湿剂--电镀过程中，氢气在阴极的析出是不可避免的。 氢的析出不仅会降低阴极电流效率，而且由于氢气泡在电极表面的滞留，还会使涂层中产生针孔。

镍镀层的孔隙率较高，为了减少或防止针孔的产生，应在镀液中加入少量润湿剂，如十二烷基硫酸钠、二乙基己基硫酸钠、正辛基硫酸钠等。润湿剂是阴离子表面活性剂，能吸附在阴极表面，使电极与溶液之间的界面张力降低，氢气泡对电极的润湿接触角减小，使气泡容易离开电极表面，防止或减少镀层针孔的产生。5、镀液的维护a)温度——不同的镀镍工艺采用不同的镀液温度。温度变化对镀镍工艺的影响比较复杂。在温度较高的镀镍液中，得到的镀镍层内应力小，延展性好。当温度升高到50℃时，镀层内应力达到稳定。 一般工作温度保持在55--60℃，温度过高会引起镍盐水解，生成的氢氧化镍胶体使胶体氢气泡滞留，造成镀层针孔，同时降低阴极极化。因此对工作温度要求很严格，应控制在规定范围内。实际工作中以供应商提供的最佳温控值为主，采用恒温控制器保持工作温度的稳定。b)PH值--实践表明，镀镍电解液的PH值对镀层性能和电解液性能影响很大。在PH值≤2的强酸性电镀液中，没有金属镍的沉积，只有轻气体析出。一般PCB镀镍电解液的PH值保持在3~4之间。PH值较高的镀镍液，分散性较好，阴极电流效率也较高。

但pH过高时，由于电镀过程中阴极不断析出轻气体，使阴极表面附近镀层pH值迅速升高，大于6时会产生轻氧化镍胶体，使氢气泡滞留，镀层出现针孔。镀层中夹杂氢氧化镍也会增加镀层的脆性。pH值较低的镀镍液，阳极溶解性较好，可提高电解液中镍盐含量，允许使用较高的电流密度，从而强化生产。但pH过低，获得光亮镀层的温度范围会变窄。加入碳酸镍或碱式碳酸镍，会使pH值升高；加入氨基磺酸或硫酸，会使pH值降低。工作过程中每四小时检查、调整一次pH值。c)阳极——目前PCB常规镀镍采用可溶性阳极，采用钛篮作阳极，内有镍角，较为普遍。 它的优点是阳极面积可以做得足够大而不变，阳极维护比较简单。应将钛篮放在聚丙烯材料编织的阳极袋中，以防止阳极泥落入镀液中。并应定期清理和检查孔洞是否通畅。新的阳极袋在使用前应先用沸水浸泡。d)净化——当镀液被有机物污染时，应使用活性炭进行处理。但这种方法通常会除去一部分应力消除剂(添加剂)，必须重新补充。处理过程如下;