邱成偉 李小海 唐 鵬 王曉檳

（惠州中京電子科技有限公司 ，廣東 惠州 519029）

0 前言

近年來，隨著電子設(shè)備線路設(shè)計日趨復(fù)雜，以及電子產(chǎn)業(yè)無鉛化的大背景下，化學(xué)鍍鎳/金工藝得到國內(nèi)外的迅速推廣。這得益于化鎳金工藝本身所具有的優(yōu)點：（1）平整度高，適合更高集成產(chǎn)品組裝；（2）高溫不氧化，可適合多次焊接；（3）良好的可焊性能，接觸電阻低?；瘜W(xué)鍍鎳/金可滿足更多的組裝要求，被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)業(yè)的各個行業(yè)，在表面處理工藝所占份額已逐漸占有半壁江山之趨勢。

1 現(xiàn)象分析

化學(xué)鍍鎳/金工藝也有難以克服的問題，鎳腐蝕就是其中之一。關(guān)于鎳腐蝕問題，國內(nèi)外同行都做了許多方面的研究，盡管對鎳腐蝕控制取得長足的進步，然而在長期的研究生產(chǎn)過程中證明，鎳腐蝕在實際生產(chǎn)中無法根除?；瘜W(xué)鍍鎳/金的鎳腐蝕對客戶端造成焊接失效的異常時有發(fā)生，行業(yè)對沉金鎳腐蝕的研究主要集中在如何降低沉金過程鎳腐蝕產(chǎn)生的程度，來達到控制焊接失效幾率。本文主要通過鎳腐蝕的機理深度研究，通過改善沉金后金面微觀狀態(tài)，延緩鎳腐蝕在沉金后的反應(yīng)速率，結(jié)合沉鎳金前的技術(shù)研究手段，達到更優(yōu)的改善效果（如圖1、圖2）。

圖1 連接盤鎳腐蝕

圖2 受鎳腐蝕鍍層

2 鎳腐蝕機理及危害

2.1 鎳腐蝕的產(chǎn)生機理

沉鎳的主反應(yīng)：

副反應(yīng)：

沉鎳的化學(xué)反應(yīng)屬于自催化還原反應(yīng)，過程伴隨P元素的沉積與釋氫反應(yīng)；而在金層形成過程中，根據(jù)金置換鎳反應(yīng)方程式：2Au1++Ni→2Au+Ni2+，金層與鎳層之間的空隙主要是由以下幾點原因產(chǎn)生：（1）金比鎳體積大，且一個鎳需要兩個金置換，反應(yīng)本身存在一定擁擠效應(yīng)，金的沉積不規(guī)則；（2）原子在堆疊且鎳層中含有10%左右的磷原子存在，磷無法與金產(chǎn)生反應(yīng)，故在有磷區(qū)域金的堆疊出現(xiàn)空洞；（3）沉鎳反應(yīng)中伴隨釋氫反應(yīng)，有氣體產(chǎn)生，部分氣體在沉鎳過程未及時排除或者以微氣泡的形式殘留在鎳層中，導(dǎo)致鎳層也會出現(xiàn)空洞效應(yīng)；（4）沉鎳后鎳層在生產(chǎn)過程中局部氧化，氧化后的鎳無法與金形成置換，也會出現(xiàn)空洞。故在實際生產(chǎn)控制中，鎳腐蝕其實是一直存在的。

沉金后，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的酸、堿性溶液以及水分滲入，為金、鎳層發(fā)生賈凡尼效應(yīng)提供了持續(xù)反應(yīng)的條件，使得鎳層腐蝕反應(yīng)持續(xù)并且隨著反應(yīng)進行，反應(yīng)可供循環(huán)的空間加大，腐蝕反應(yīng)速率有持續(xù)上升的趨勢。在運輸和儲存所經(jīng)歷的漫長期限中，鎳層腐蝕到一定程度發(fā)生腐蝕穿透，導(dǎo)致“黑盤”的出現(xiàn)，還可能會阻止焊點的潤濕，使焊點容易從鎳表面分開，嚴重影響PCB的可靠性最終導(dǎo)致了客戶端的焊接失效。

3 沉金后改善黑盤機理研究

根據(jù)鎳腐蝕的機理，在沉金后擬采用有機小分子對沉金過程可夠滲入液體的空洞進行填充或封閉，有效阻止外來溶液的進一步進入，進而減少鎳腐蝕反應(yīng)的速率；擬采用方案的機理（如圖3）。

具體實施方案如下：采用螯合反應(yīng)，以陰離子螯合劑與長鏈陽離子形成雙電層結(jié)構(gòu)，于鍍層表面緊密排列并成膜，修復(fù)鍍層缺陷的同時通過螯合作用消除晶缺陷處的金屬反應(yīng)活性；長鏈陽離子再以氫鍵結(jié)合，增加膜層的抗干擾強度與降低既有鎳腐蝕反應(yīng)速率，同時不影響焊接效果，強化了封孔劑膜層。實施方案過程示意圖（如圖4）。

封孔劑以25 L為例，其配比方式為：（1）在容器中加純水10 L，聚乙二醇2005 L，升溫到不低于60℃；（2）加入OP-10乳化劑7.5 L，攪拌溶解；（3）加入十八硫醇800 g，十六硫醇80 g，加熱使之溶解；（4）補水并攪拌均勻，冷卻后包裝；如果硫醇難以溶解則可以選擇降低配方中的數(shù)量并將開缸量提高，也可加入能溶于水的有機溶劑如乙醇、乙二醇丁醚等；封孔劑主要是兩個硫醇起作用，這是目前主流的封孔劑所用的兩種材料?？梢詫?個硫醇混合做成固體的保護劑，配缸時加水升溫到60℃，加入OP，再加入固體的銀保護劑，然后就可以工作，這樣就不用聚乙二醇200，聚乙二醇200是指分子量200的聚乙二醇（如圖3、圖4）。

圖3 封孔實施過程

圖4 封孔反應(yīng)

4 改善效果驗證

4.1 封孔膜層要求

在沉金的表面形成了一層有機分子薄膜層，需要該有機分子層具有以下的效果：耐酸堿性、可焊性以及對鎳腐蝕反應(yīng)進度等效果。檢驗方式及標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

4.2 項目驗證性測試

對封孔技術(shù)進行檢驗，檢驗項目及結(jié)果（如圖5）。封孔的改善效果主要體現(xiàn)在鎳缸的后期，鎳缸后期鎳反應(yīng)受雜質(zhì)離子的影響程度增加，反應(yīng)穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致沉金完成后，金、鎳之間的空洞效應(yīng)增加，使得鎳腐蝕反應(yīng)空間增大，同時也增加了鎳腐蝕反應(yīng)的速率，而封孔的作用在此時的作用體現(xiàn)得尤為突出。

4.2 綜合測試

采用鹽霧測試對比封孔改善效果（如圖6）。鹽霧測試發(fā)現(xiàn)，鹽霧對沉金鎳腐蝕有一定加速作用，而封孔在很大程度上改善此類異常。

4.3 項目其他可行性項目測試

在以上對鎳腐蝕改善的可行性檢驗外，對產(chǎn)品其他檢驗測試情況（如圖7）。通過以上測試，采用此類手段可以達到不影響既有的產(chǎn)品使用效果，完全滿足生產(chǎn)條件的需要，不需要增加額外的加工成本。

4.4 元器件附著力測試

按照元器件附著力測試的標(biāo)準(zhǔn)對封孔技術(shù)處理的產(chǎn)品與未處理的產(chǎn)品做有拉脫強度、拉離強度。結(jié)果（見表2）。封孔前后元器件附著力無明顯變化。均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)。

4.5 阻抗變化

封孔前后的阻抗值（見表3）。小結(jié)：封孔前后阻抗基本無變化，通過耐酸堿測試、汗液測試、可焊性測試、回流焊測試、推力測試、阻抗變化測試，可證明采用封孔方式可改善沉金后鎳腐蝕反應(yīng)，效果明顯，且實際操作可行。

5 結(jié)論

（1）通過沉金鎳腐蝕的產(chǎn)生機理分析，從減少鎳腐蝕持續(xù)反應(yīng)速率為研究方向出發(fā)，采取高分子填充成膜的封孔方式，可阻止沉金過程中各類溶液滲入鎳、金層，減少在使用時出現(xiàn)焊接不良、焊接失效等異常。

表1 封孔技術(shù)檢驗項目及標(biāo)準(zhǔn)

圖5 封孔技術(shù)應(yīng)用檢驗結(jié)果

圖6 通過鹽霧測試的改善效果對比

圖7 封孔后試樣檢驗測試結(jié)果

表2 各類元器件推力測試結(jié)果

表3 封孔前后同一產(chǎn)品的阻抗變化（單位：Ω）

（2）實驗驗證封孔對鎳缸中后期產(chǎn)生的黑盤異常的改善效果比較明顯，且封孔處理不會對原流程造成影響，不影響產(chǎn)品的后續(xù)加工和使用。

（3）實際應(yīng)用過程中，客戶端關(guān)于沉金板的焊接不良的客訴次數(shù)明顯減少，側(cè)面反映了該技術(shù)應(yīng)用在實際生產(chǎn)中的效果較為明顯。

（4）技術(shù)的進步難度在逐漸加大，如何取得更加有效的技術(shù)突破或許需一個新的技術(shù)角度。在沉金鎳腐蝕的改善項目上是著眼于其他方向的突破，其改善效果將更加明顯。