印制线路板上硫氰酸亚金钾体系化学镀金

陈易，罗洁，钟迪元，董振华，李德良,*

（1.中南林业科技大学环境科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2.湖南荣伟业电子材料科技公司，湖南 长沙 410007；3.东莞市道诚绝缘材料有限公司，广东 东莞 523505）

【工艺开发】

印制线路板上硫氰酸亚金钾体系化学镀金

陈易1，罗洁1，钟迪元2，董振华3，李德良1,*

（1.中南林业科技大学环境科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2.湖南荣伟业电子材料科技公司，湖南 长沙 410007；3.东莞市道诚绝缘材料有限公司，广东 东莞 523505）

以硫氰酸亚金钾[KAu(SCN)2]为金源对镀镍印制线路板进行化学镀金。采用单因素试验研究了镀液中Au+含量、硫氰酸铵含量、pH和温度对沉金速率、金层外观和结合力的影响，得到最优配方和工艺参数为：Au+2.0 g/L，硫氰酸铵15 g/L，添加剂Cy-808 150 mL/L，pH 3.0，温度50 °C。在此条件下沉金速率约为6 nm/min，结晶均匀细致，呈光亮的金黄色。

印制线路板；化学镀金；硫氰酸亚金钾；外观；结合力

金配合物是浸金、镀金、纳米金、重度风湿病治疗用药物、金催化剂等领域的基础，常见的有亚金氰化钾(钠)、亚硫酸根亚金配合物、硫代硫酸根亚金配合物、卤化金(如氯化金、溴化金)[1]，但这些金配合物都有一定的局限[2]：要么有剧毒，如金氰化合物；要么稳定性太差，如亚硫酸根亚金配合物或硫代硫酸根亚金配合物；要么对饰金层有严重的侵蚀副作用，如氯化金、溴化金等。近年来出现的镀金盐“柠檬酸金钾”并非无毒金化合物[3]，它既含有游离的氰化物[4]，也含丙二腈，后者在存放、使用过程以及使用后的废物(液、渣)处理过程中也会进一步通过氧化、还原、分解、降解等途径而释放出游离氰(包括氰离子和具有一定挥发性的分子型HCN)，并未改变其剧毒性的本质[5]。为了避免氰、腈的剧毒性安全隐患，需要开发新型的“非氰”、“非丙二腈”类金配合物。通过多年的新型金配合物开发，本课题组自行合成了以硫氰酸根阴离子为配体的硫氰酸亚金钾[KAu(SCN)2]，该金盐性能稳定，安全无毒[1,6-7]。本文以KAu(SCN)2为金盐对镀镍PCB(印制线路板)进行化学镀金，研究了不同因素对化学镀金的影响，以便得到PCB化学镀金的最佳工艺。

1 实验

1. 1 主要试剂和基材

所用的试剂有柠檬酸、磷酸、乙二胺、硫氰酸铵、氨水、磷酸二氢钾，均为化学纯或分析纯，用于配制缓冲体系、稳定金配合物；硫氰酸亚金钾(金盐)由本研究组制备。基体材料为镀镍PCB，由湖南荣伟业电子材料科技公司提供。

1. 2 工艺流程

除油(柠檬酸10 g/L，OP-10 0.08 g/L，54 °C，5 min)→水洗→微蚀(双氧水50 mL/L，硫酸10 mL/L，26 °C，90 s)→水洗→酸洗(硫酸20 mL/L，2 min)→水洗→预浸(硫酸15 mL/L，常温，3 min)→活化(硫酸钯15 mg/L，硫酸10 mL/L，30 °C，3 min)→水洗→化学镀镍(硫酸镍45 g/L，次磷酸钠23 g/L，氢氧化钠1.2 g/L，pH 4.6，83 °C，20 min)→水洗→化学镀金→烘干。

1. 3 化学镀金配方和工艺

Au+(以硫氰酸亚金钾为金源) 0.5 ～ 2.5 g/L，硫氰酸铵0 ～ 30 g/L，添加剂Cy-808 150 mL/L，pH 1.0 ～3.5，温度25 ～ 55 °C时间10 min。其中添加剂Cy-808是与硫氰酸亚金钾配套的药水，在化学镀过程中能够屏蔽镍、铜等杂质离子，并具有维持镀液稳定性的作用。

1. 4 镀层性能检测

目视镀层颜色、光亮度、均匀性。结合力采用胶带试验法检测，将3M胶带均匀地贴在被测面，压紧按平后迅速撕下胶带，观察有无金层剥落。采用牛津CMI900 X射线厚度测量仪测量金层的厚度δ，并计算镀金速率v=δ/t(其中t为沉积时间)。采用中科科仪公司的KYKY-EM3900扫描电子显微镜(SEM)观察镀金层的微观形貌。

2 结果与讨论

2. 1 不同参数对沉金速率和金层外观的影响

2. 1. 1 镀液中Au+含量的影响

硫氰酸铵含量为15 g/L，温度为50 °C，pH = 3.0时，镀液中金的质量浓度对沉金速率和金层外观、结合力的影响见图1和表1。从图1可知，镀液中Au+含量显著影响沉金速率，随镀液中Au+含量的升高，沉金速率明显上升。从表1可知，当镀液Au+含量≤1.5 g/L时，所得金层呈浅黄色(见图2a)。镀液Au+含量为2.0 g/L时，所得金层光亮、均匀，呈金黄色，并且无掉金(见图2b)。Au+含量为2.5 g/L时，金层呈深黄色，表面较粗糙，甚至有掉金现象(见图2c)。因此镀液Au+含量以2.0 g/L为宜。

图1 镀液中Au+含量对沉金速率的影响Figure1 Effect of Au+content in bath on gold deposition rate

表1 镀液中Au+含量对金镀层外观和结合力的影响Table1 Effect of Au+content in bath on appearance and adhesion of gold coating

图2 镀金试样的外观Figure2 Appearance of gold-plated samples

2. 1. 2 镀液中硫氰酸铵含量的影响

镀液Au+含量为2.0 g/L，温度为50 °C，pH = 3.0时，镀液中硫氰酸铵的质量浓度对沉金速率和金层外观、结合力的影响见图3和表2。从图3可知，镀液中硫氰酸盐的加入在一定程度上降低了沉金速率，并且随其含量增大，沉金速率降低，但变化幅度不大。从表2可知，硫氰酸盐的用量太低或者太高都会影响镀层外观，综合考虑，选定硫氰酸铵的用量为15 g/L。

图3 镀液中硫氰酸铵含量对沉金速率的影响Figure3 Effect of ammonium thiocyanate content in bath on gold deposition rate

表2 镀液中硫氰酸铵含量对金镀层外观和结合力的影响Table2 Effect of ammonium thiocyanate content in bath on appearance and adhesion of gold coating

2. 1. 3 镀液pH的影响

镀液中Au+含量为2.0 g/L，硫氰酸铵含量为15 g/L，温度为50 °C时，镀液pH对沉金速率和金层外观、结合力的影响见图4和表3。从中可知，随镀液pH升高，沉金速率下降，pH太高(≥3.5)或太低(＜1.5)都对镀层性能不利。适宜的pH为3.0。

图4 镀液pH对沉金速率的影响Figure4 Effect of bath pH on gold deposition rate

表3 镀液pH对金镀层外观和结合力的影响Table3 Effect of bath pH on appearance and adhesion of gold coating

2. 1. 4 镀液温度的影响

镀液中Au+含量为2.0 g/L，硫氰酸铵含量为15 g/L，pH = 3.0时，镀液温度对沉金速率和金层外观、结合力的影响见图5和表4。从中可见，随镀液温度升高，沉金速率增大。温度≤45 °C时，镀层为浅黄色，温度为50 °C时，镀层外观最好，继续升温至55 °C，镀层外观变差，镀液稳定性下降。因此适宜的温度为50 °C。

图5 温度对沉金速率的影响Figure5 Effect of temperature on gold deposition rate

表4 温度对金镀层外观和结合力的影响Table4 Effect of temperature on appearance and adhesion of gold coating

综上可知，化学沉金的最佳工艺条件为：Au+2.0 g/L，硫氰酸铵15 g/L，添加剂Cy-808 150 mL/L，pH 3.0，温度50 °C，时间10 min。

2. 2 镀金层的表面形貌

图6所示为在最优工艺条件下所得化学镀金层的表面形貌。从图6可见，该镀金层表面光滑，结晶均匀、细致。

图6 化学镀金层的SEM照片Figure6 SEM image of electrolessly plated gold coating

3 结论

化学镀金的最佳配方和工艺条件为：Au+2.0 g/L，硫氰酸铵15 g/L，添加剂Cy-808 150 mL/L，pH 3.0，温度50 °C。在此工艺条件下，沉积速率为6 nm/min，所得金层呈均匀、光亮的金黄色，结晶细致。

[1] 唐娇, 盛国军, 李德良, 等. “金–硫氰酸根”配合物的合成及沉金性能研究[J]. 表面技术, 2013, 42 (2): 60-62.

[2] 董明琪, 李德良, 徐天野, 等. 一种新的PCB无氰化学沉金工艺[J]. 表面技术, 2011, 40 (1): 104-106.

[3] 邓银. 柠檬酸金钾无氰镀金技术研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2011: 33-36.

[4] 苏新虹, 邓银, 张胜涛, 等. 柠檬酸金钾无氰沉金厚度控制研究[J]. 印制电路信息, 2011 (增刊): 166-169.

[5] 钦瑞良. 一种镀金用柠檬酸金钾的制备方法: 201210370085.3 [P]. 2013–01–02.

[6] 吴赣红, 李德良, 董坤, 等. 一种无氰化学镀金工艺的研究[J]. 表面技术, 2008, 37 (3): 52-54, 86.

[7] JIN W T, LI L, LI D L, et al. “Au(III)–cysteine” complex and its application in electro-less deposition [J]. Advanced Materials Research, 2012, 550/551/552/553: 1991-1994.

[ 编辑：周新莉 ]

美国《剑桥科学文摘》中17个数据库收录《电镀与涂饰》杂志

根据2015年公布的最新数据，《电镀与涂饰》杂志被美国《剑桥科学文摘》（CSA）中17个数据库收录，这些数据库分别为：

(1) 先进宇航宇航技术数据库（Advanced Technologies Database with Aerospace）

(2) 宇航数据库（Aerospace Database）

(3) 铝工业文摘（Aluminum Industry Abstracts）

(4) 新技术及工程文摘（ANTE: Abstracts in New Technology & Engineering）

(5) 土木工程文摘（Civil Engineering Abstracts）

(6) 计算机与信息系统文摘（Computer and Information Systems Abstracts）

(7) 铜技术参考文库（Copper Technical Reference Library）

(8) 腐蚀文摘（Corrosion Abstracts）

(9) 工程技术研究数据库（Engineering Research Database）

(10) 电子与通讯文摘（Electronics and Communications Abstracts）

(11) 工程材料文摘（Engineered Materials Abstracts）

(12) 材料研究数据库（Materials Research Database）

(13) 材料商行文件（Materials Business File）

(14) 金属文摘（METADEX）

(15) 机械与运输工程文摘（Mechanical & Transportation Engineering Abstracts）

(16) 固态与超导文摘（Solid State and Superconductivity Abstracts）

(17) 技术研究文摘（Technology Research Database）

Electroless gold plating on printed circuit board in potassium gold(I) thiocyanate bath

CHEN Yi, LUO Jie,

ZHONG Di-Yuan, DONG Zhen-hua, LI De-liang*

Electroless gold plating was conducted on the surface of nickel-plated printed circuit board using potassium gold(I) thiocyanate [KAu(SCN)2] as main salt. The effects of Au+and ammonium thiocyanate contents, as well as pH and temperature of the bath on deposition rate, appearance and adhesion of gold coating were studied by single-factor experiment. The optimal bath composition and process parameters were obtained as follows: Au+2.0 g/L, ammonium thiocyanate 15 g/L, additive Cy-808 150 mL/L, temperature 50 °C, and pH 3.0. The gold deposition rate under the given process conditions isca.6 nm/min. The obtained gold coating is uniform, compact, bright and golden yellow.

printed circuit board; electroless gold plating; potassium gold(I) thiocyanate; appearance; adhesion

TQ153.16

A

1004 – 227X (2017) 07 – 0357 – 04

10.19289/j.1004-227x.2017.07.005

2016–12–15

2017–03–29

国家自然科学基金（20976201）；湖南省自然科学基金（07JJ6156）；国家教委留学回国人员资助项目（2004184）。

陈易（1992–），女，贵州遵义人，在读硕士研究生，主要研究方向为新型无“氰”、“腈”金配合物合成、理化性质及其在浸金中的应用。

李德良，博士，教授，(E-mail) 13975169539@163.com。

First-author’s address:College of Environmental Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China