PCB沉金工艺流程简介沉金

以下是PCB沉金（化学镀镍金，ENIG）工艺中沉金步骤的详细说明，包含化学镀镍与化学沉金两个核心阶段：

沉金工艺流程框架

前处理 → 活化 → 化学镀镍 → 化学沉金 → 后处理

1. 化学镀镍（Electroless Nickel Plating）

作用

• 保护铜基材：镍层隔绝铜与空气接触，防止氧化。

• 提供金层基底：镍的平整表面为后续沉金提供均匀沉积基础。

• 增强焊接性：镍层可缓解铜与焊料之间的金属间化合物（IMC）生长。

操作参数

• 药液成分：

  • 主盐：硫酸镍（NiSO₄）

  • 还原剂：次磷酸钠（NaH₂PO₂）

  • 络合剂：柠檬酸、乳酸（调节沉积速率和镀层磷含量）。

  • 稳定剂：硫脲、铅盐（抑制副反应）。

• 关键参数：

  • 温度：85-95℃（需精确控温±1℃）。

  • pH值：4.5-5.5（通过氨水调节）。

  • 时间：15-30分钟（镍层厚度3-6 μm）。

  • 磷含量：7-11%（影响镀层耐腐蚀性和硬度）。

反应机理

化学镀镍为自催化还原反应：
Ni2++H2PO2−+H2O→催化Ni↓+H2PO3−+2H+Ni2++H2​PO2−​+H2​O催化​Ni↓+H2​PO3−​+2H+

注意事项

1. 槽液维护：

   • 定期分析镍离子、次磷酸盐浓度，补充消耗成分。

   • 过滤循环（1-5 μm滤芯），去除颗粒杂质。

2. 厚度控制：

   • 通过X射线测厚仪（XRF）或切片法监控镍层均匀性。

3. 黑盘（Black Pad）预防：

   • 避免磷含量过高（＞11%）或镀液污染（如硫、有机物）。

2. 化学沉金（Immersion Gold Plating）

作用

• 抗氧化：金层保护镍层免受氧化，确保长期可焊性。

• 表面平整：填充镍层微观孔隙，提升焊盘平整度。

• 键合性能：金层适用于Wire Bonding工艺。

操作参数

• 药液成分：

  • 金盐：氰化亚金钾（KAu(CN)₂，含金量0.5-1.5 g/L）。

  • 络合剂：EDTA、柠檬酸（稳定金离子）。

  • pH调节剂：氢氧化钾（KOH，pH 4.5-6.0）。

• 关键参数：

  • 温度：80-90℃。

  • 时间：5-15分钟（金层厚度0.05-0.15 μm）。

  • 置换反应：金通过置换镍沉积，反应终止于镍表面完全覆盖。

反应机理

沉金为置换反应（无外部电流）：
2Au++Ni→2Au↓+Ni2+2Au++Ni→2Au↓+Ni2+

注意事项

1. 金层厚度控制：

   • 过薄（＜0.05 μm）：抗氧化性差；

   • 过厚（＞0.2 μm）：成本高，易导致焊点脆化。

2. 药液稳定性：

   • 避免镍离子积累（定期更换部分药液或使用离子交换树脂）。

3. 润湿性：

   • 添加润湿剂（如聚乙二醇）确保高密度板孔内金层覆盖。

后处理

1. 水洗：

   • 采用多级逆流DI水清洗，彻底去除药液残留。

2. 干燥：

   • 热风烘干（60-80℃），避免水渍残留。

3. 检验：

   • 金层外观：均匀金黄色，无发黑、发白或露镍。

   • 厚度测试：XRF或切片法。

   • 附着力测试：胶带剥离试验（IPC-TM-650标准）。

常见问题与对策

关键控制点

1. 镍层质量：磷含量、厚度、致密性。

2. 沉金液活性：金离子浓度、pH、温度。

3. 洁净度：全程DI水清洗，避免颗粒污染。

总结

沉金工艺通过化学镀镍与置换沉金的结合，为PCB提供高可靠性的表面处理。其核心在于：

• 镍层：作为功能性基底，需控制磷含量与致密性；

• 金层：作为保护与焊接层，需精准管理厚度与均匀性。
  通过严格的参数监控（温度、pH、浓度）和定期维护（药液分析、设备校准），可确保沉金工艺的稳定性，满足高密度互联（HDI）和5G高频PCB的严苛要求。