镍基无氰化学镀金体系构建优化及其应用研究

发布时间：2020-08-21 03:12

【摘要】：化学镀金是印刷线路板(PCB)制造流程中关键的表面处理工艺,其主要作用是提供具有优异导电性和耐蚀性的保护层。化学镀金工艺由传统的氰化物体系正在向绿色环保的无氰体系发展。传统的氰化物镀金具有镀液稳定性高、镀层外观良好、镀层均匀性好等优点,但是镀液中含有的CN~-对人体和环境都会造成巨大的危害,我国曾多次出台环保政策限定2014年底淘汰氰化金钾镀金工艺,但由于无氰镀液稳定性及产品良品率的原因,目前在PCB制造中主要还是采用氰化物镀金体系,因而开发新型无氰化学镀金液体系并用于PCB表面处理工艺迫在眉睫。本文针对化学镍金工艺镍基体容易过度腐蚀、无氰镀金体系不稳定等问题,选取Na_3Au(SO_3)_2为金盐,利用极化曲线和开路电位曲线筛选了络合剂,运用正交实验的方法确定化学镀金液组份及工艺条件,并且对化学镍金的反应动力学和机理进行了探讨,为无氰化学镀金技术能尽快应用于PCB表面处理提供一定的理论基础和应用的依据。本文研究的主要内容包括以下几个方面:1)通过极化曲线和开路电位曲线的测试,对有机磷、巯基羧酸、巯基磺酸、氨基羧酸等五类共计13种络合剂进行筛选,结果表明络合剂S2和EDTMP·5Na的加入可以降低置换反应的初始速率。2)在络合剂筛选的基础上,进一步通过正交试验确定镀液中各组份含量及工艺条件。采用SEM和EDS表征镀层微观形貌及表面元素组成,综合评价镀层的优劣。同时,在施镀过程中观察镀液外观的变化以及紫外可见光谱综合评价实际应用的稳定性。研究表明,在络合剂浓度较低时,镀液在施镀后会容易发黄;溶液中络合剂浓度提高到0.10 mol·L~(-1)时,镀液稳定性显著提高,于室温放置30d,镀液外观没有显著变化。镀层微观形貌研究表明,添加十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂,可使沉积过程中沉积物内部应力分布更加均匀,从而解决镀层存在的针孔问题。优化后构建镀金体系组成为:7.5×10~(-3)mol·L~-11 Na_3Au(SO_3)_2,0.15 mol·L~(-1)络合剂S2 4.1×10~-22 mol·L~-11 C_6H_8O_7,0.12 mol·L~(-1)Na_2HPO_4·12H_2O,300 mg·L~(-1) C_(12)H_(25)SO_4Na,pH为6.0,施镀温度75℃,施镀时间60 min。该工艺条件下得到的镀层外观呈金黄色,微观形貌良好,镀液放置30 d,外观无明显变化,施镀60 min,可得到厚度为0.05μm的镀层。3)针对以上构建的化学镀金体系,通过逐滴加入Na_3Au(SO_3)_2于络合剂S2溶液中,测定其紫外吸收光谱,结果发现,随着Na_3Au(SO_3)_2浓度的增加,在285nm出的吸收峰逐渐增强,且出现红移现象。表明金盐Na_3Au(SO_3)_2可能与络合剂S2有一定的配位相互作用;使用原子吸收光谱进一步测定了施镀前后镀液中Au元素和Ni元素的含量,初步表明施镀过程中主要是置换镀金的模式。采用AFM及电化学的方法研究了该体系在Ni层上面的沉积动力学过程,计算得到沉金反应的平均活化能为33.03 kJ·mol~(-1);计时电流法研究成核模型表明,该体系Au络离子在Ni表面的沉积为连续成核模式。4)将该体系应用在PCB表面处理上,通过盐雾试验评价,根据盐雾试验评级标准,镀层耐腐蚀评定为9级,可焊性测试结果表明,所得到的镀层浸锡饱满,说明该体系具有良好的实用性。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X781.1;TG174.4
【图文】：

印制线路板,制造流程

注和研究的热点[9,10,11]。本课题为了构建适用于现代高端 PCB 表面处理工艺过程使用的无氰化学镀金环保体系。本文首先介绍了无氰镀金技术在 PCB 表面处理中的应用，指出了目前化学镀镍/金工艺存在的问题及原因，从而构建新型的无氰化学镀金体系，为化学镀镍/金工艺在 PCB 上的应用进一步发展提供一些新的方案和理论依据。1.2 印制线路板（PCB）制作工艺流程简介印制线路板是为各种电子元器件提供互联的载体，在其制造过程中，首先用电镀及加工的方式将铜线路沉积在玻纤板上，裸露的铜线路需要加以保护避免氧化，同时保护层需要赋予铜线路良好的焊接性能。

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图 1-2 近 5 年全球 PCB 各类型表面处理的市场份额arket share of all types of PCB surface processing in the world for 面处理就是保护裸露的铜表面，同时具有导电、焊接、提功能的技术。常用的 PCB 表面处理工艺有：热风整平，化学锡，电镀镍金，化学镀镍/金，化学镀镍/钯/金等不同的表面处理方法，如图 1-2 为近 5 年全球 PCB 各。B 表面处理分类及特点应用中，根据不同的应用要求，选取不同的表面处理工也可以是非金属。常见的印制线路板表面处理工艺包括

示意图,示意图,镍层,铜表面

（4）化学银化学银工艺与化学锡工艺类似，也是在铜表面沉积金属层。但与化学锡工艺相比，化学银镀层与无铅焊料兼容性良好，并且能够与铝线连接[13]。同时银具有更正的标准电极电位，不易被氧化，能够在各种环境中保持良好的可焊性。（5）电镀镍/金电镀镍/金是在裸铜表面先沉积镍层,然后在镍表面沉积金层。在 PCB 连接器表面，镍层作为贵金属的打底层，例如开关、接触板和连接器插头。可提高耐磨性。同时镍可用来作为阻挡层，能够有效地防止 Cu 和 Au 原子间的互相扩散。（6）化学镀镍/金化学镀镍/金是在裸铜表面先通过化学的方法沉积镍层，然后在镍层上面通过化学的方法沉积金层的一种表面处理工艺，其沉积示意如图 1-3 所示。该工艺在铜表面形成一层光亮，平整，且具有抗氧化、可焊性良好的镀层。

【参考文献】