微波組件無氰鍍金工藝優化

吳曉霞 胡江華

摘 要 傳統的結構件及功能件電鍍工藝鍍層性能已難以滿足數字陣列模塊表面鍍覆層質量要求，如高精度、厚度更為均勻、更高的可焊性、良好的金絲鍵合性；另外，從微電路圖形制作全流程工序來說，陶瓷微帶等電路板濺射金屬化層后需盡快電鍍功能層，但現在缺乏配套電鍍能力和鍍覆的及時性，并且鍍層質量難以保證。本文對無氰電鍍工藝技術進行優化和改進， 對鍍層的附著力、耐鹽霧性、可焊性、金線鍵合性等各項性能進行了測試。采用的微波積層電路圖形電鍍技術及相應的處理過程，不僅是提高數字陣列模塊電鍍金層質量的需要，也是微電路圖形制作工序完整性的需要。

【關鍵詞】無氰電鍍 微波積層 電路 可焊性 金屬化 金絲鍵合性

由于環境意識的不斷提高， 國家在電鍍工藝技術不斷提出綠色制造技術. 無氰電鍍工藝技術由此得到開發和應用。常規無氰鍍金是亞硫酸鹽鍍金，主要成分由金（雷酸金）鹽、亞硫酸銨、檸檬酸鉀組成，不含氰化物，但該溶液穩定性較差、壽命短，需定期報廢，只能在實驗室或少量試用，不適合大批量穩定生產.而傳統的結構件及功能件電鍍工藝鍍層性能已難以滿足高精度、更高的可焊性、金絲鍵合性等數字陣列模塊表面鍍覆層質量要求。

本試驗采用檸檬酸金鉀鍍金技術方案， 分析各項參數指標，優化無氰電鍍工藝技術， 對鍍層的附著力、耐鹽霧性、可焊性、金線鍵合性等各項性能進行了測試。從而提高數字陣列模塊電鍍金層質量。

1 無氰鍍金工藝優化技術方案

1.1 技術原理

無氰鍍金方面以進口有氰電鍍的開缸劑（MLA300）為母液，以特制的檸檬酸金鉀為主鹽以替代氰化亞金鉀，保持溶液的穩定性并實現無氰化。

1.2 工藝流程

微波積層電路板——濺射——電鍍銅——電鍍鎳——無氰鍍金——烘干。

1.3 關鍵指標及要素

以上工藝流程中本試驗的主要技術是對無氰鍍金的優化，關鍵要素包括鍍液配方及工藝參數的優化，鍍液性能和穩定性的測試，鍍層結合力，耐蝕性，可焊性和金絲鍵合性能的測試等。

2 無氰鍍金工藝優化技術過程

2.1 鍍液配方確認

開缸劑： 采用田中公司開缸劑（TEMPEREX MLA300）為母液。

主鹽： 檸檬酸金鉀。

2.2 工藝參數優化

（1）電流密度： 0.1 ～0.5A/dm2 ，超過0.5A/dm2時鍍層燒焦，發紅。

（2）溫度：鍍液溫度在55～65℃，溫度過低，鍍層發紅（見圖1）；溫度過高，鍍層質量未發現明顯問題（見圖2），但溶液揮發加快，能耗加大。

（3）pH：5.5-6.5，PH值過低，鍍層發紅； PH值過高，鍍層均勻性降低。

（4）Au含量：3.0-6.0g/L，當低于3g/L時，出現電壓升高或電流下降情況，鍍層發紅或燒焦。

3 無氰鍍金工藝優化技術測試及分析

3.1 鍍液性能測試

3.1.1 鍍層均勻性（鍍液分散能力）

樣板尺寸為20×20×1mm，用X-Ray測量不同區域的厚度，結果表明MLA300無氰鍍金比9500無氰鍍金的鍍液分散能力較好一些。

3.1.2 鍍液穩定性

在所配1升鍍液中，鍍金樣件約4dm2，共加料純金3.6g（合計檸檬酸金鉀7g），此過程中鍍液未發現異常現象，鍍層質量穩定，PH值穩定，鍍液中金含量的變化與鍍層消耗基本相符，無明顯差異。

3.2 鍍層性能測試

3.2.1 鍍層結合力

（1）樣板：20×20×1mm 銅基材樣件，MLA300無氰鍍金工藝3件；

（2）測試依據：按中華人民共和國國家標準SJ/T 11109-96《金屬覆蓋層金和金合金電鍍層試驗方法第五部分結合強度試驗》第五條熱震試驗。根據不同基體金屬試樣，采用不同爐溫，鋼為300±10℃、銅和銅合金為250±10℃、鋁和鋁合金為190±10℃、鋅和鋅合金為150±10℃和鉛，錫和鉛錫合金為150±10℃的爐中加熱大約30min，然后浸入室溫的水中。取出后，在放大8倍或4倍具有照明的觀察器下檢查電鍍層是否起跑或脫落。

（3）實驗設備：馬弗爐，8倍放大鏡。

（4）測試結果：MLA300無氰鍍金工藝3件全部合格。

3.2.2 鍍層耐蝕性

（1）樣板：20×20×1mm，MLA300無氰鍍金3件

（2）實驗依據：GJB150.11《軍用設備環境實驗方法 鹽霧試驗》，實驗時間96小時。

（3）實驗設備：DCTC600P型鹽霧試驗箱。

（4）實驗結果：鍍金3件均未出現腐蝕點，全部合格。（如圖3和圖4所示）。

3.3.3 可焊性

無氰鍍金：

測試依據：QJ2028-90鍍覆層可焊性試驗方法和程序中方法（1990——可焊性）。

測試方法：采用MLA300和9500兩種工藝銅基材鍍金樣件進行對比，浸漬時間：3.0±0.5 s；焊料：Sn 63%，Pb 37%；焊劑：WS-10B（RA型）。

測試結果：將MAL300、9500無氰鍍金上的浸焊料部分放大檢查，未發現針孔、空洞、孔隙、未浸潤或脫浸潤，并且浸漬部分表面均覆蓋有連續的新的焊料層。無明顯差別。焊料潤濕情況如圖5所示。

3.3.4 金絲鍵合

測試依據：GJB 548B-2005微電子器件測試方法和程序中方法中2011.1——鍵合強度（破壞性鍵合拉力實驗）

測試方法 ：在每塊試板上分區，目的是細化鍍層區域差別，具體為每塊板分為中間區域和邊緣區域進行自動金絲壓焊，每個區域鍵合30根金絲用來進行對應測試比較。如圖6所示。

測試結果：

（1）TEMPEREX MLA300無氰鍍金層厚度大于2.5um非常適合金絲鍵合表面鍍層。

（2）不同材質，金絲鍵合強度值不同；相同厚度，薄膜基板鍵合強度略低于銅基材。測試數據結果分析見表1。

4 結論

（1）采用有氰電鍍開缸劑（MLA300）為母液，以特制的檸檬酸金鉀為主鹽以替代氰化亞金鉀，可以保持溶液的穩定性并實現無氰化。

（2）通過無氰電鍍優化技術獲得的鍍層，在結合力，耐蝕性能，可焊性，金絲鍵合性能等方面均能滿足微波積層薄膜基板的要求。

參考文獻

[1]徐金來，趙國鵬，胡耀紅.無氰電鍍工藝研究與應用現狀及建議[J].電鍍與涂飾，2010.

[2]何建平.無氰電鍍工藝的研究現狀及解決問題的途徑[J].電鍍與涂飾，2005.

[3]沈國文.無氰電鍍在我廠的應用[J].涂裝與電鍍，2009，31（02）：31-32.

[4]殷立濤，任鳳章，趙冬梅，王姍姍，田保紅，馬戰紅.硫代硫酸鹽無氰鍍銀工藝[J].材料保護，2010.

作者單位

中國電子科技集團公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230081