板面化學鍍鎳金與插頭鍍金印制電路板的鎳腐蝕探討

尋瑞平 戴 勇 陳勇武 李顯流 劉紅剛

（江門崇達電路技術有限公司，廣東 江門 529000）

0 前言

在PCB行業中，為了保證下游裝配的可靠性和可操作性，通常需要對PCB進行最終表面處理。目前，常用的表面處理方式有化學鎳金（ENIG）、電鍍鎳金、熱風整平（HASL）、抗氧化（OSP）、化學鍍銀、化學鍍錫等[1]。化學鎳金具有突出的接觸導通性、可焊性以及良好的平整度，同時還可以同其它表面處理工藝配合使用，是一種非常重要、應用十分廣泛的表面處理工藝[2]。電鍍鎳金常用于印制插頭，是指在PCB的印制插頭的銅面上先鍍上一層鎳，再鍍上一定厚度的金的表面處理方法，其目的是提高耐磨性（插拔時），減低接觸電阻，防止插頭表面氧化和提高連接可靠性[3]。印制插頭PCB根據設計結構一般可以通過電鍍印制插頭、“化學鎳金+電厚金”或者“電鎳金（薄金）+電厚金”來制作[4]。

“印制插頭+化學鎳金”PCB此類復合表面處理電路板常用于內存、硬盤、各種板卡等電路板產品的制作中，應用領域廣泛，需求量大。由于“印制插頭+化學鎳金”集合了兩種表面處理方式，工藝流程復雜，且受設備、環境以及人員等因素的影響，此類PCB產品極易出現一些不良品質問題，如常見的金剝離（甩金）[5]。本文結合生產實例，通過設計系列實驗，對造成此PCB產品甩金問題的原因進行了探討，希望能給業界同行在處理類似工藝問題時提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 問題描述

近期接客戶多次投訴，我司生產的“印制插頭+化學鎳金”板在使用過程中出現甩金掉件不良問題，并多次拒收我司此類生產板，嚴重影響公司聲譽，同時造成人力、生產成本的極大浪費，現特對此次“印制插頭+化學鎳金”板甩金問題進行專項研究跟進。

取典型問題板對化學鎳金面以及印制插頭面（化學鎳金+電鍍厚金）進行SEM（掃描式電子顯微鏡）分析。可以看到化學鎳金位置鎳面有細麻點腐蝕，印制插頭位置鎳面有線型腐蝕，說明不良板有受到鎳腐蝕而導致的問題。

圖1 問題板鎳面SEM分析

1.2 實驗方案

為找到導致我公司“印制插頭+化學鎳金”板此次出現鎳腐蝕以致甩金問題，并預防此問題再次發生，依據生產情況，制定如下跟進實驗：

（1）化學鎳金后處理線影響排查測試對比；

（2）電鍍印制插頭線影響排查測試對比；

（3）成型后清洗線影響排查測試對比；

（4）“化學鎳金后處理+成型后清洗線”綜合影響排查測試對比。

2 結果與討論

2.1 化學鎳金后處理線影響排查測試對比

取測試板按不同金厚進行正常化學鎳金，正常速度過化學鎳金后處理線進行清洗，草酸濃度按控制范圍最大值7%測試，再進行鎳面SEM分析對比。實驗參數與結果（見表1）。

以草酸控制范圍最大值7%測試，正常速度過沉金后處理清洗后，對金厚0.025 μm～0.05 μm不同金厚的測試板鎳面分別進行SEM分析，均未發現腐蝕問題，說明在現要求的草酸控制范圍內不會發生鎳腐蝕問題（見表1）。

2.2 電鍍印制插頭線影響排查測試對比

取測試板分兩種不同金厚進行正常化學鎳金（鎳厚4 μm、最小金厚0.025 μm和常規0.05 μm），貼藍膠開窗作業后，分別關閉和開啟微蝕噴淋，然后走電印制插頭線鍍金（印制插頭部位通過電鍍印制插頭線，只鍍金不鍍鎳，增加鍍金厚度），進行鎳面SEM分析對比。實驗參數（見表2）。

實驗結果顯示，關閉微蝕噴淋走電鍍印制插頭線，最小金厚0.025 μm及常規金厚0.05 μm板鎳面SEM均未出現鎳腐蝕現象（如圖2）。而開啟微蝕噴淋流程，最小金厚0.025 μm板鎳面SEM有嚴重線型腐蝕，常規金厚0.05 μm板鎳面SEM有輕微線型腐蝕（如圖3）。

表1 化學鎳金后處理線影響測試

表2 電鍍印制插頭線影響測試參數

圖2 金厚0.025 μm樣品與SEM（關閉微蝕噴淋）

圖3 金厚0.025 μm(左)與0.050 μm（右）SEM（開啟微蝕噴淋）

2.3 成品清洗線影響排查測試對比

取測試板分兩種不同金厚進行正常化學鎳金（鎳厚4 μm、最小金厚0.025 μm和常規0.05 μm），采用不同硫酸濃度進行模擬成品清洗測試，然后進行鎳面SEM分析對比。實驗參數與SEM分析結果（見表6）。結果顯示，金厚0.025 μm及常規金厚0.05 μm板在硫酸濃度2%、4%鎳面正常，在硫酸濃度8%清洗后鎳面SEM有腐蝕（如圖4）。

圖4 金厚0.025 μm樣品與SEM（成型清洗線8%硫酸）

從試驗結果分析，為保證最小金厚0.025 μm板不被腐蝕，成品清洗硫酸濃度需控制在4%以下，并需進一步測試驗證（見表3）。

為進一步驗證4%硫酸濃度不會腐蝕鎳面，取測試板控制不同金厚進行正常化學鎳金（鎳厚4 μm，金厚0.030 μm、0.035 μm、0.040 μm、0.045 μm），在化驗室配槽采用4%硫酸濃度進行模擬成品清洗測試，然后進行鎳面SEM分析對比。實驗參數見表4。實驗結果表明，成品清洗線硫酸濃度4%對0.025～0.05 μm金厚無腐蝕作用（如圖5）。

2.4 “化學鎳金后處理+成品清洗線”綜合影響排查測試對比

取測試板按不同金厚進行正常化學鎳金，后處理采用不同草酸濃度、成品清洗線采用不同硫酸濃度在化驗室配槽進行模擬綜合測試，然后進行鎳面SEM分析對比。實驗參數與SEM分析結果見表5。

表3 成品清洗線不同硫酸濃度測試

表4 成品清洗線硫酸濃度4%控制不同金厚測試

圖5 硫酸濃度4%浸泡處理的金厚0.030 μm測試板與SEM

表5 “化學鎳金后處理+成品清洗線”綜合影響排查實驗

結果顯示，通過SEM測試分析，過化學鎳金后處理草酸濃度7%+成品清洗硫酸濃度4%的清洗后，金厚0.025 μm、0.03 μm有輕微點狀腐蝕，其它都鎳面無腐蝕作用。

3 結論

（1）從問題板的SEM分析可知，化學鎳金位置鎳面SEM有細麻點腐蝕，印制插頭面（化學鎳金+電厚金）位置鎳面SEM有線型腐蝕，說明不良板有受到鎳腐蝕而導致的問題；

（2）基于跟進實驗結果，為預防出現甩金（金剝離）現象，對于“化學鎳金+電鍍厚金”印制插頭板，化學鎳金金厚建議控制在0.05 μm以上；嚴格控制電鍍印制插頭線制程作業，必須關閉微蝕段，并參照行業標準把微蝕槽拉出生產；化學鎳金后處理草酸洗濃度以及成品清洗線硫酸濃度控制在2%～4%。