板面化学镀镍金与插头镀金印制电路板的镍腐蚀探讨

寻瑞平 戴 勇 陈勇武 李显流 刘红刚

（江门崇达电路技术有限公司，广东 江门 529000）

0 前言

在PCB行业中，为了保证下游装配的可靠性和可操作性，通常需要对PCB进行最终表面处理。目前，常用的表面处理方式有化学镍金（ENIG）、电镀镍金、热风整平（HASL）、抗氧化（OSP）、化学镀银、化学镀锡等[1]。化学镍金具有突出的接触导通性、可焊性以及良好的平整度，同时还可以同其它表面处理工艺配合使用，是一种非常重要、应用十分广泛的表面处理工艺[2]。电镀镍金常用于印制插头，是指在PCB的印制插头的铜面上先镀上一层镍，再镀上一定厚度的金的表面处理方法，其目的是提高耐磨性（插拔时），减低接触电阻，防止插头表面氧化和提高连接可靠性[3]。印制插头PCB根据设计结构一般可以通过电镀印制插头、“化学镍金+电厚金”或者“电镍金（薄金）+电厚金”来制作[4]。

“印制插头+化学镍金”PCB此类复合表面处理电路板常用于内存、硬盘、各种板卡等电路板产品的制作中，应用领域广泛，需求量大。由于“印制插头+化学镍金”集合了两种表面处理方式，工艺流程复杂，且受设备、环境以及人员等因素的影响，此类PCB产品极易出现一些不良品质问题，如常见的金剥离（甩金）[5]。本文结合生产实例，通过设计系列实验，对造成此PCB产品甩金问题的原因进行了探讨，希望能给业界同行在处理类似工艺问题时提供一定的参考。

1 实验部分

1.1 问题描述

近期接客户多次投诉，我司生产的“印制插头+化学镍金”板在使用过程中出现甩金掉件不良问题，并多次拒收我司此类生产板，严重影响公司声誉，同时造成人力、生产成本的极大浪费，现特对此次“印制插头+化学镍金”板甩金问题进行专项研究跟进。

取典型问题板对化学镍金面以及印制插头面（化学镍金+电镀厚金）进行SEM（扫描式电子显微镜）分析。可以看到化学镍金位置镍面有细麻点腐蚀，印制插头位置镍面有线型腐蚀，说明不良板有受到镍腐蚀而导致的问题。

图1 问题板镍面SEM分析

1.2 实验方案

为找到导致我公司“印制插头+化学镍金”板此次出现镍腐蚀以致甩金问题，并预防此问题再次发生，依据生产情况，制定如下跟进实验：

（1）化学镍金后处理线影响排查测试对比；

（2）电镀印制插头线影响排查测试对比；

（3）成型后清洗线影响排查测试对比；

（4）“化学镍金后处理+成型后清洗线”综合影响排查测试对比。

2 结果与讨论

2.1 化学镍金后处理线影响排查测试对比

取测试板按不同金厚进行正常化学镍金，正常速度过化学镍金后处理线进行清洗，草酸浓度按控制范围最大值7%测试，再进行镍面SEM分析对比。实验参数与结果（见表1）。

以草酸控制范围最大值7%测试，正常速度过沉金后处理清洗后，对金厚0.025 μm～0.05 μm不同金厚的测试板镍面分别进行SEM分析，均未发现腐蚀问题，说明在现要求的草酸控制范围内不会发生镍腐蚀问题（见表1）。

2.2 电镀印制插头线影响排查测试对比

取测试板分两种不同金厚进行正常化学镍金（镍厚4 μm、最小金厚0.025 μm和常规0.05 μm），贴蓝胶开窗作业后，分别关闭和开启微蚀喷淋，然后走电印制插头线镀金（印制插头部位通过电镀印制插头线，只镀金不镀镍，增加镀金厚度），进行镍面SEM分析对比。实验参数（见表2）。

实验结果显示，关闭微蚀喷淋走电镀印制插头线，最小金厚0.025 μm及常规金厚0.05 μm板镍面SEM均未出现镍腐蚀现象（如图2）。而开启微蚀喷淋流程，最小金厚0.025 μm板镍面SEM有严重线型腐蚀，常规金厚0.05 μm板镍面SEM有轻微线型腐蚀（如图3）。

表1 化学镍金后处理线影响测试

表2 电镀印制插头线影响测试参数

图2 金厚0.025 μm样品与SEM（关闭微蚀喷淋）

图3 金厚0.025 μm(左)与0.050 μm（右）SEM（开启微蚀喷淋）

2.3 成品清洗线影响排查测试对比

取测试板分两种不同金厚进行正常化学镍金（镍厚4 μm、最小金厚0.025 μm和常规0.05 μm），采用不同硫酸浓度进行模拟成品清洗测试，然后进行镍面SEM分析对比。实验参数与SEM分析结果（见表6）。结果显示，金厚0.025 μm及常规金厚0.05 μm板在硫酸浓度2%、4%镍面正常，在硫酸浓度8%清洗后镍面SEM有腐蚀（如图4）。

图4 金厚0.025 μm样品与SEM（成型清洗线8%硫酸）

从试验结果分析，为保证最小金厚0.025 μm板不被腐蚀，成品清洗硫酸浓度需控制在4%以下，并需进一步测试验证（见表3）。

为进一步验证4%硫酸浓度不会腐蚀镍面，取测试板控制不同金厚进行正常化学镍金（镍厚4 μm，金厚0.030 μm、0.035 μm、0.040 μm、0.045 μm），在化验室配槽采用4%硫酸浓度进行模拟成品清洗测试，然后进行镍面SEM分析对比。实验参数见表4。实验结果表明，成品清洗线硫酸浓度4%对0.025～0.05 μm金厚无腐蚀作用（如图5）。

2.4 “化学镍金后处理+成品清洗线”综合影响排查测试对比

取测试板按不同金厚进行正常化学镍金，后处理采用不同草酸浓度、成品清洗线采用不同硫酸浓度在化验室配槽进行模拟综合测试，然后进行镍面SEM分析对比。实验参数与SEM分析结果见表5。

表3 成品清洗线不同硫酸浓度测试

表4 成品清洗线硫酸浓度4%控制不同金厚测试

图5 硫酸浓度4%浸泡处理的金厚0.030 μm测试板与SEM

表5 “化学镍金后处理+成品清洗线”综合影响排查实验

结果显示，通过SEM测试分析，过化学镍金后处理草酸浓度7%+成品清洗硫酸浓度4%的清洗后，金厚0.025 μm、0.03 μm有轻微点状腐蚀，其它都镍面无腐蚀作用。

3 结论

（1）从问题板的SEM分析可知，化学镍金位置镍面SEM有细麻点腐蚀，印制插头面（化学镍金+电厚金）位置镍面SEM有线型腐蚀，说明不良板有受到镍腐蚀而导致的问题；

（2）基于跟进实验结果，为预防出现甩金（金剥离）现象，对于“化学镍金+电镀厚金”印制插头板，化学镍金金厚建议控制在0.05 μm以上；严格控制电镀印制插头线制程作业，必须关闭微蚀段，并参照行业标准把微蚀槽拉出生产；化学镍金后处理草酸洗浓度以及成品清洗线硫酸浓度控制在2%～4%。