化学镀镍镀钯浸金表面处理技术的品质缺陷及解决方案

化学镀镍镀钯浸金表面处理技术的品质缺陷及解决方案

摘要：在各种表面处理技术中，化学镀镍、镀钯、沉金（）因其良好的综合性能被认为是PCB最理想的表面处理技术。但在实际工艺过程中，容易出现漏镀、渗镀、金面变色、金面腐蚀等质量缺陷，影响产品的可靠性。本文介绍了镍钯金表面处理技术中经常出现的几种质量缺陷，分析了其产生的原因，并提出了相应的解决办法，以提高产品的可靠性。

前言

在印刷电路板（PCB）的制造过程中，表面处理工艺对PCB产品的组装和使用起着关键作用。化学镀镍钯沉金（Gold，）因其良好的平整度、可焊性、耐腐蚀性、耐磨性和引线键合能力而被誉为最理想的表面处理工艺，能很好地满足各类封装工艺和焊接的要求。它是在化学镀镍金（Gold，ENIG）的基础上发展起来的。钯层作为镍层和金层之间的阻挡层，减少了两层原子之间的相互扩散，可以有效防止ENIG工艺中因黑焊盘缺陷而引起的焊盘失效问题。

虽然被认为是一种理想的表面处理技术，但由于镍钯金工艺生产能力不稳定，容易造成渗镀、漏镀、金面发白、金面变色、金面粗糙等一系列质量缺陷，导致产品存在潜在失效风险，影响可靠性。本文介绍了镍钯金工艺生产中几种常见的质量缺陷及产生这些缺陷的原因，并提出了相应的解决方案，以避免潜在的失效风险，提高产品可靠性。

工艺原理及流程

☞1.1 反应原理

化学镀镍是一种自催化的氧化还原反应，一般采用次磷酸盐作为还原剂，如图1反应式所示。

化学镀钯的反应机理与化学镀镍相同，也是以次磷酸盐为还原剂的自催化还原反应，其反应式如图2所示。

化学浸镀金属涉及置换反应，由于化学镀钯层很薄，一般在0.2μm左右，金会取代钯，也会取代镍，反应方程式如图3所示。

☞1.2 流程

该工艺与成熟的ENIG工艺相比，仅在镍柱与金柱之间增加了一个钯柱，其工艺流程如图4所示。

镍钯金表面处理常见质量缺陷及原因和处理方法

☞2.1 粗糙的金面

金面粗糙主要表现在部分金面发暗，部分金面发亮，目测金面有明显的色差（如图5所示），金面粗糙不但影响外观，还会影响金线的键合能力，是比较严重的质量缺陷。

针对此异常现象，我们首先做了截面分析，对镍厚度进行了分析（检测数据见表1），结果显示，金面暗沉部分与亮面部分的镍厚度基本一致。

然后用金相显微镜对铜层表面形貌进行分析，结果显示，暗金表面的电路外层表面粗糙度大于有光泽部分的表面粗糙度。

从分析结果可以知道金面粗糙主要是由外层线路铜面粗糙造成的，造成外层线路铜面粗糙的原因有两点：

（1）来料板铜面污染或氧化

（2）阻焊油墨的预处理使铜面粗糙度不一致。

针对以上原因，提出以下改进措施：

（1）保证来板铜面清洁、无氧化；

（2）当铜面粗糙度异常时，可增加喷砂工序，改善铜面粗糙度。

结论：通过正面增加喷砂处理，并经过化学清洗去除氧化后，铜表面粗糙度明显改善，背面未发现金表面粗糙缺陷。

☞2.2 金面变白

金面发白是指金面在某一区域内有明显的色差，主要出现在板材边角处。一般新开金缸生产的产品出现发白的概率较高（缺陷图片如图6）。金面发白主要是因为金层厚度不一致导致的，肉眼可见，不但影响产品外观，如果金层厚度不达标，也会直接影响产品质量。

用X-Ray镀层测厚仪对缺陷位置的镍厚、钯厚、金厚进行检测，镍厚、钯厚均正常，但金厚严重偏低。金面发白的根本原因是金缸活性不够，影响金缸活性的因素有以下几点：

（1）阻焊油墨固化不充分，在生产过程中产生沉淀，污染金缸，影响金沉着率；

（2）金缸内金含量低，反应速度太慢，导致金厚较低；

（3）料筒温度偏低，反应速度太慢；

（4）金缸搅拌不足，造成镀液不均匀。

（5）生产人员未能正确摆放板子等等。

基于以上原因我们提出相应的改进计划：

（1）通过增加阻焊油墨的固化时间来减少阻焊油墨沉淀对金缸的污染；

（2）定期对溶液成分进行分析，保证金缸内金含量及其他添加剂的稳定；

（3）控制金缸温度，保证金缸温度在中值附近；

（4）定期检查设备，加强员工培训；

（5）在旧金缸老化的同时，更换新的金缸测试板，以保证新金缸的活性。

☞2.3 金面腐蚀

金面腐蚀主要发生在焊盘边缘或者焊盘中心，呈点状分布（如图7所示）。对金面腐蚀发生的位置进行了SEM（图8）和EDS（图9）分析：

通过EDS对金层表面成分进行分析：金层表面含有Cu、Fe、Si等异常元素。因此，金层腐蚀的原因可能有：

（1）正面铜面有阻焊油墨残留或者其他异物残留；

（2）在镀镍、镀钯、沉金过程中，镍层异常产生缺陷，这种缺陷使镀镍液残留在镀层表面，进而发生原电池反应，导致金面腐蚀。

基于以上原因我们提出相应的改进计划：

（1）在阻焊油墨处理前后分别增加喷砂工序和化学清洗步骤，增强铜表面的清洁度；

（2）控制镀镍层质量：通过降低化学镀镍的沉积速度、改善镀镍层的结晶性来提高镀镍层的质量；

（3）保持金面清洁：中和残留在金面上的酸洗液，减少残留溶液对金面的腐蚀。通过实施上述解决方案，改善金面的腐蚀质量缺陷。

关于作者

贾丽萍是电子科技大学微电子与固体电子学院硕士生，师从何炜教授，从事化学镀镍、镀钯及沉金表面处理技术研究。

陈远明、寿旭：电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室