微波组件无氰镀金工艺优化

吴晓霞 胡江华

摘 要 传统的结构件及功能件电镀工艺镀层性能已难以满足数字阵列模块表面镀覆层质量要求，如高精度、厚度更为均匀、更高的可焊性、良好的金丝键合性；另外，从微电路图形制作全流程工序来说，陶瓷微带等电路板溅射金属化层后需尽快电镀功能层，但现在缺乏配套电镀能力和镀覆的及时性，并且镀层质量难以保证。本文对无氰电镀工艺技术进行优化和改进， 对镀层的附着力、耐盐雾性、可焊性、金线键合性等各项性能进行了测试。采用的微波积层电路图形电镀技术及相应的处理过程，不仅是提高数字阵列模块电镀金层质量的需要，也是微电路图形制作工序完整性的需要。

【关键词】无氰电镀 微波积层 电路 可焊性 金属化 金丝键合性

由于环境意识的不断提高， 国家在电镀工艺技术不断提出绿色制造技术. 无氰电镀工艺技术由此得到开发和应用。常规无氰镀金是亚硫酸盐镀金，主要成分由金（雷酸金）盐、亚硫酸铵、柠檬酸钾组成，不含氰化物，但该溶液稳定性较差、寿命短，需定期报废，只能在实验室或少量试用，不适合大批量稳定生产.而传统的结构件及功能件电镀工艺镀层性能已难以满足高精度、更高的可焊性、金丝键合性等数字阵列模块表面镀覆层质量要求。

本试验采用柠檬酸金钾镀金技术方案， 分析各项参数指标，优化无氰电镀工艺技术， 对镀层的附着力、耐盐雾性、可焊性、金线键合性等各项性能进行了测试。从而提高数字阵列模块电镀金层质量。

1 无氰镀金工艺优化技术方案

1.1 技术原理

无氰镀金方面以进口有氰电镀的开缸剂（MLA300）为母液，以特制的柠檬酸金钾为主盐以替代氰化亚金钾，保持溶液的稳定性并实现无氰化。

1.2 工艺流程

微波积层电路板——溅射——电镀铜——电镀镍——无氰镀金——烘干。

1.3 关键指标及要素

以上工艺流程中本试验的主要技术是对无氰镀金的优化，关键要素包括镀液配方及工艺参数的优化，镀液性能和稳定性的测试，镀层结合力，耐蚀性，可焊性和金丝键合性能的测试等。

2 无氰镀金工艺优化技术过程

2.1 镀液配方确认

开缸剂： 采用田中公司開缸剂（TEMPEREX MLA300）为母液。

主盐： 柠檬酸金钾。

2.2 工艺参数优化

（1）电流密度： 0.1 ～0.5A/dm2 ，超过0.5A/dm2时镀层烧焦，发红。

（2）温度：镀液温度在55～65℃，温度过低，镀层发红（见图1）；温度过高，镀层质量未发现明显问题（见图2），但溶液挥发加快，能耗加大。

（3）pH：5.5-6.5，PH值过低，镀层发红； PH值过高，镀层均匀性降低。

（4）Au含量：3.0-6.0g/L，当低于3g/L时，出现电压升高或电流下降情况，镀层发红或烧焦。

3 无氰镀金工艺优化技术测试及分析

3.1 镀液性能测试

3.1.1 镀层均匀性（镀液分散能力）

样板尺寸为20×20×1mm，用X-Ray测量不同区域的厚度，结果表明MLA300无氰镀金比9500无氰镀金的镀液分散能力较好一些。

3.1.2 镀液稳定性

在所配1升镀液中，镀金样件约4dm2，共加料纯金3.6g（合计柠檬酸金钾7g），此过程中镀液未发现异常现象，镀层质量稳定，PH值稳定，镀液中金含量的变化与镀层消耗基本相符，无明显差异。

3.2 镀层性能测试

3.2.1 镀层结合力

（1）样板：20×20×1mm 铜基材样件，MLA300无氰镀金工艺3件；

（2）测试依据：按中华人民共和国国家标准SJ/T 11109-96《金属覆盖层金和金合金电镀层试验方法第五部分结合强度试验》第五条热震试验。根据不同基体金属试样，采用不同炉温，钢为300±10℃、铜和铜合金为250±10℃、铝和铝合金为190±10℃、锌和锌合金为150±10℃和铅，锡和铅锡合金为150±10℃的炉中加热大约30min，然后浸入室温的水中。取出后，在放大8倍或4倍具有照明的观察器下检查电镀层是否起跑或脱落。

（3）实验设备：马弗炉，8倍放大镜。

（4）测试结果：MLA300无氰镀金工艺3件全部合格。

3.2.2 镀层耐蚀性

（1）样板：20×20×1mm，MLA300无氰镀金3件

（2）实验依据：GJB150.11《军用设备环境实验方法 盐雾试验》，实验时间96小时。

（3）实验设备：DCTC600P型盐雾试验箱。

（4）实验结果：镀金3件均未出现腐蚀点，全部合格。（如图3和图4所示）。

3.3.3 可焊性

无氰镀金：

测试依据：QJ2028-90镀覆层可焊性试验方法和程序中方法（1990——可焊性）。

测试方法：采用MLA300和9500两种工艺铜基材镀金样件进行对比，浸渍时间：3.0±0.5 s；焊料：Sn 63%，Pb 37%；焊剂：WS-10B（RA型）。

测试结果：将MAL300、9500无氰镀金上的浸焊料部分放大检查，未发现针孔、空洞、孔隙、未浸润或脱浸润，并且浸渍部分表面均覆盖有连续的新的焊料层。无明显差别。焊料润湿情况如图5所示。

3.3.4 金丝键合

测试依据：GJB 548B-2005微电子器件测试方法和程序中方法中2011.1——键合强度（破坏性键合拉力实验）

测试方法 ：在每块试板上分区，目的是细化镀层区域差别，具体为每块板分为中间区域和边缘区域进行自动金丝压焊，每个区域键合30根金丝用来进行对应测试比较。如图6所示。

测试结果：

（1）TEMPEREX MLA300无氰镀金层厚度大于2.5um非常适合金丝键合表面镀层。

（2）不同材质，金丝键合强度值不同；相同厚度，薄膜基板键合强度略低于铜基材。测试数据结果分析见表1。

4 结论

（1）采用有氰电镀开缸剂（MLA300）为母液，以特制的柠檬酸金钾为主盐以替代氰化亚金钾，可以保持溶液的稳定性并实现无氰化。

（2）通过无氰电镀优化技术获得的镀层，在结合力，耐蚀性能，可焊性，金丝键合性能等方面均能满足微波积层薄膜基板的要求。

参考文献

[1]徐金来，赵国鹏，胡耀红.无氰电镀工艺研究与应用现状及建议[J].电镀与涂饰，2010.

[2]何建平.无氰电镀工艺的研究现状及解决问题的途径[J].电镀与涂饰，2005.

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[4]殷立涛，任凤章，赵冬梅，王姗姗，田保红，马战红.硫代硫酸盐无氰镀银工艺[J].材料保护，2010.

作者单位

中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230081