以下是PCB沉金（化學(xué)鍍鎳金，ENIG）工藝中沉金步驟的詳細(xì)說(shuō)明，包含化學(xué)鍍鎳與化學(xué)沉金兩個(gè)核心階段：

沉金工藝流程框架

前處理 → 活化 → 化學(xué)鍍鎳 → 化學(xué)沉金 → 后處理

1. 化學(xué)鍍鎳（Electroless Nickel Plating）

作用

• 保護(hù)銅基材：鎳層隔絕銅與空氣接觸，防止氧化。

• 提供金層基底：鎳的平整表面為后續(xù)沉金提供均勻沉積基礎(chǔ)。

• 增強(qiáng)焊接性：鎳層可緩解銅與焊料之間的金屬間化合物（IMC）生長(zhǎng)。

操作參數(shù)

• 藥液成分：

  • 主鹽：硫酸鎳（NiSO?）

  • 還原劑：次磷酸鈉（NaH?PO?）

  • 絡(luò)合劑：檸檬酸、乳酸（調(diào)節(jié)沉積速率和鍍層磷含量）。

  • 穩(wěn)定劑：硫脲、鉛鹽（抑制副反應(yīng)）。

• 關(guān)鍵參數(shù)：

  • 溫度：85-95℃（需精確控溫±1℃）。

  • pH值：4.5-5.5（通過(guò)氨水調(diào)節(jié)）。

  • 時(shí)間：15-30分鐘（鎳層厚度3-6 μm）。

  • 磷含量：7-11%（影響鍍層耐腐蝕性和硬度）。

反應(yīng)機(jī)理

化學(xué)鍍鎳為自催化還原反應(yīng)：
Ni2++H2PO2−+H2O→催化Ni↓+H2PO3−+2H+Ni2++H2?PO2−?+H2?O催化?Ni↓+H2?PO3−?+2H+

注意事項(xiàng)

1. 槽液維護(hù)：

   • 定期分析鎳離子、次磷酸鹽濃度，補(bǔ)充消耗成分。

   • 過(guò)濾循環(huán)（1-5 μm濾芯），去除顆粒雜質(zhì)。

2. 厚度控制：

   • 通過(guò)X射線測(cè)厚儀（XRF）或切片法監(jiān)控鎳層均勻性。

3. 黑盤（Black Pad）預(yù)防：

   • 避免磷含量過(guò)高（＞11%）或鍍液污染（如硫、有機(jī)物）。

2. 化學(xué)沉金（Immersion Gold Plating）

作用

• 抗氧化：金層保護(hù)鎳層免受氧化，確保長(zhǎng)期可焊性。

• 表面平整：填充鎳層微觀孔隙，提升焊盤平整度。

• 鍵合性能：金層適用于Wire Bonding工藝。

操作參數(shù)

• 藥液成分：

  • 金鹽：氰化亞金鉀（KAu(CN)?，含金量0.5-1.5 g/L）。

  • 絡(luò)合劑：EDTA、檸檬酸（穩(wěn)定金離子）。

  • pH調(diào)節(jié)劑：氫氧化鉀（KOH，pH 4.5-6.0）。

• 關(guān)鍵參數(shù)：

  • 溫度：80-90℃。

  • 時(shí)間：5-15分鐘（金層厚度0.05-0.15 μm）。

  • 置換反應(yīng)：金通過(guò)置換鎳沉積，反應(yīng)終止于鎳表面完全覆蓋。

反應(yīng)機(jī)理

沉金為置換反應(yīng)（無(wú)外部電流）：
2Au++Ni→2Au↓+Ni2+2Au++Ni→2Au↓+Ni2+

注意事項(xiàng)

1. 金層厚度控制：

   • 過(guò)?。ǎ?.05 μm）：抗氧化性差；

   • 過(guò)厚（＞0.2 μm）：成本高，易導(dǎo)致焊點(diǎn)脆化。

2. 藥液穩(wěn)定性：

   • 避免鎳離子積累（定期更換部分藥液或使用離子交換樹脂）。

3. 潤(rùn)濕性：

   • 添加潤(rùn)濕劑（如聚乙二醇）確保高密度板孔內(nèi)金層覆蓋。

后處理

1. 水洗：

   • 采用多級(jí)逆流DI水清洗，徹底去除藥液殘留。

2. 干燥：

   • 熱風(fēng)烘干（60-80℃），避免水漬殘留。

3. 檢驗(yàn)：

   • 金層外觀：均勻金黃色，無(wú)發(fā)黑、發(fā)白或露鎳。

   • 厚度測(cè)試：XRF或切片法。

   • 附著力測(cè)試：膠帶剝離試驗(yàn)（IPC-TM-650標(biāo)準(zhǔn)）。

常見問題與對(duì)策

關(guān)鍵控制點(diǎn)

1. 鎳層質(zhì)量：磷含量、厚度、致密性。

2. 沉金液活性：金離子濃度、pH、溫度。

3. 潔凈度：全程DI水清洗，避免顆粒污染。

總結(jié)

沉金工藝通過(guò)化學(xué)鍍鎳與置換沉金的結(jié)合，為PCB提供高可靠性的表面處理。其核心在于：

• 鎳層：作為功能性基底，需控制磷含量與致密性；

• 金層：作為保護(hù)與焊接層，需精準(zhǔn)管理厚度與均勻性。
  通過(guò)嚴(yán)格的參數(shù)監(jiān)控（溫度、pH、濃度）和定期維護(hù)（藥液分析、設(shè)備校準(zhǔn)），可確保沉金工藝的穩(wěn)定性，滿足高密度互聯(lián)（HDI）和5G高頻PCB的嚴(yán)苛要求。