PCB用垂直连续电镀镍金设备的优势

韩海亚 江泽军 苏国星

（昆山东威电镀设备技术有限公司，苏州 昆山 215300）

0 前言

印制电路板表面处理加工过程中，电镀镍金制成为重要工序，目前用于印制电路板上印制插头（俗称金手指）及BGA式或者封装载板（Substrate）等正反面两面之表面处理。

电镀镍及电镀金组合、镀层具有以下功能：

（1）作为铝线及金线打线（wire bond）之铺垫。

（2）镀层具有抗耐磨（wear resistance）的能力，也同时具有较低的接触电阻，可用于机械式接触及开关结构。

（3）镀层具有可焊性。

垂直连续电镀线不仅可用于印制板镀铜 ，镀铜锡，也可用于镀镍金，且均匀性极佳，节约大量的贵金属。

1 PCB用垂直连续电镀镍金设备的概述

1.1 垂直电镀镍金流程

为了要达到品质及信赖性的需求，镀层颜色、硬度、均匀性、覆盖能力、镀层厚度及焊接能力等必须全部考核，而且为了要得到有效的管理镀液及确保稳定性、分析、补充，在操作及管理上都应该严格管控。电镀镍金的加工过程并不算太复杂，一般而言包含了清洁等数道流程。根据不同的镀件，铜面也可以选择不同的处理方式，达到电镀最佳的效果。以下为垂直电镀镍金加工流程：

自动上料→除油（酸性清洁）→阻水滚轮→水洗两次→阻水滚轮→微蚀→阻水滚轮→水洗两次→活化→阻水滚轮→水洗→阻水滚轮→镀镍→阻水滚轮→水洗→阻水滚轮→镀金→风切→阻水滚轮→金回收→阻水滚轮→水洗两次→热水洗→吹干→自动下料

1.2 垂直连续电镀镍金设备的概述

垂直连续电镀镍金设备用钢带传输，上夹导电边的方式，以保证印制线路板在传动中平稳的通过电镀槽进行电镀。电镀槽进出口采用封闭式滚轮传动与钢带同步，避免卡板现象产生。设备主槽液液位控制在夹点以下2 mm～4 mm，以免夹点上金浪费金盐成本。

垂直连续电镀镍金设备使用机械手配合新式吸盘（吸盘压力可管控，防止干膜选镀产品干膜吸破，导致非需电镀区域电镀上金）。印制线路板产品厚度超过0.3 mm实现自动上下板，产品厚度＜0.3 mm需要贴上薄板边框作业（现在薄板贴边框有自动贴框机，已经实现了自动化贴合），少人或无人化操作。

1.3 垂直连续电镀镍金设备遇到的难题和解决方案

1.3.1 主槽药水进出口封闭式设计，防止槽液带出严重

解决方案：采用4组滚轮传动，同步主传动，研发特殊材质滚轮挤压式通过，不能保证通过性，而且药水封闭性不会直射溅出（如图1）。

图1 滚轮传动示意图

1.3.2 如何实现机械手自动上下板

解决方案：

（1）采用世界先进的“那智不二越”六轴机械手。

（2）采用可调节式面式吸盘（根据产品尺寸大小可以调节）。

（3）在线吹干设计，实现机械手自动下板后可堆放。

（4）CCD相机自动纠正板是否偏位、重叠，防止产品上偏移。

（5）增加导电铜边感应器，防止前制成出现未开导电边问题，以及产品摆放时导电边放反问题（如图2）。

图2 垂直连续电镀镍金设备自动上下板

1.3.3 如何实现节能环保减少带出量

解决方案：

（1）设备全线水洗槽前后加装阻水滚轮，防止水洗槽来回串槽，减少水洗带出量，也减少清洗水用量。

（2）设备全线药水槽前后加装阻水滚轮，金镍槽采用特殊聚氨酯（PU）材质，微蚀槽采用硬度20滚轮，主要解决主槽药水串槽污染，带出量过大问题。

（3）金槽后加装风切功能，有效防止金槽带出问题。

1.4 垂直连续电镀镍金设备能达到的技术要求

（1）一次型电镀整板，最小产品250×250 mm，最大产品750 mm×750 mm。

（2）生产速度为0.5～2米/分，可调节。

（3）金镀层均匀度：0.25 μm镀层厚度R值0.05 μm内。

（4）0.5 μm 镀层厚度R值0.1 μm 内。

（5）0.75 μm镀层厚度R值0.15 μm内。

2 垂直连续电镀镍金设备研发成功的意义

2.1 项目实施的综合意义

本项目旨在研发智能环保电镀生产装备，以全面替代人工并提高产品的电镀层的均匀性。项目完成后，不仅节约了人工，提高了生产效率，自动化电镀生产线也达到国际一流水平，从而促进我国自动化电镀生产装备产业向高端技术发展，有力提升电镀线路板及相关行业及企业国际竞争力和话语权。

2.2 项目实施的优势

2.2.1 镀金均匀性对比镀金均匀性对比（见表1、图3）。按照均匀性极差（R）值比较，均匀性极差（R）值提升0.0812 μm（3.24 μ”）。

2.2.2 镀金节约成本计算

镀金厚度计算方法：面积×厚度×镀金密度＝纯金含量

成本计算方法：面积×（传统手指线平均值-垂直连续线平均值）×金密度=纯金含量（转换金盐×单价）

表1 传统线和垂直线均匀性对比 (单位：μm)

图3

单位换算

1sf=929.03 cm2

39.37 μ”=1 μm =0.0001 cm

1 g金盐=0.683 g纯金

金钴合金密度为：16.5～17.5之间，我们取中心值17计算

客户实际数据

单片受镀面积：

0.12 sf×929.03换算单位×2双面=222.96 cm2

传统金手指与垂直连续电镀线差异

7.55-4.31=3.24 μ”/39.37（换算单位）

=0.0822 μm/1000换算单位=0.00000823 cm

每片板子纯金受镀差异(金盐含量)

222.96×0.00000823×17

=0.0311 g纯金/0.683=0.045 g金盐

每天生产2500片板子，每月按照22天计算 。0.045×2500=112.5 g/天×22=2475 g/月×金盐单价（190元/g）=470250元

按照电镀金层镀0.75 μm厚度计算每月成本可节约470250元。

2.2.3 垂直连续电镀镍金线（镀镍均匀性）

垂直连续电镀镍金线（见表2、图4）。

产品尺寸：500 mm×600，每面24点，双面48点，客户要求厚度3～5 μm，极差（R）值在0.85 μm，基本均匀性能力已经达到极限，可以完全超越传统镀镍设备。

2.2.4 氰化金钾为国家管控剧毒物，需要加严管控，垂直连续电镀镍金线有安全保障措施

（1）设备金槽主槽采用加锁及开盖报警功能。

（2）金槽过滤桶设计加锁及报警功能。

（3）线体以外管路设计全部使用法兰对接，防止泄露现象。

（4）设备预留监控安装位置，可以自行安装。

2.3 垂直连续电镀镍金线设备获得的专利

垂直连续电镀镍金线设备获得的专利（见表3）。

表2 镀镍均匀性

图4 均匀性量测位置

3 结语

垂直连续电镀镍金线采用钢带式传动，全板一次性镀金最大尺寸750 mm×750 mm的产品的可以直接通过，产能得到提升，降低印制线路板生产成本。设备主槽均采用喷管式循环方式，搅拌更均匀，电镀效率得到良好的提升。原传统线使用铜丝毛刷导电，采用定电压方式电镀。垂直连续电镍金线金槽导电采用碳刷式固定导电，采用定电流方式，整流机输入输出更稳定；主槽采用子母式整流机（例如：整流机规格5 A子机/100A母机=5 V，因整流机起步电流精确度为3%，小电流采用子机运行，超过子机额定规格自动切换母机使用）电流可以精确到0.01 A，电流起止更精确，避免出现跳电流问题发生。

上夹直接全板电镀的垂直连续电镀镍金线，真正实现全线少人或无人操作，保证线路板在电镀槽内顺利运行，提高了产品质量及生产效率，让印制线路板表面处理制程自动化设备再创新高。