化学镀镍金中活化药水变黑分析

吴振龙 张 亚

（珠海方正科技多层电路板有限公司-F7交付中心，广东 珠海 519175）

1 问题提出

近年来，印制电路板（PCB）进一步趋于轻薄小型化。为了应对这一需求，线路图形也越来越趋于精细化，对于表面处理工艺，化学镀镍金（ENIG）的表面处理工艺集镀层均匀性高、可焊接、可打线、可散热等功能于一身，因而应用广泛。

ENIG其原理是基于活化药水中的Pd2+离子与PCB上的铜面发生置换反应，在待沉镍金的铜面上置换上一层薄薄的钯金属，并借助于金属钯的催化能力作为催化剂催化镍离子与次磷酸盐的还原反应的进行，从而在铜面上还原上一层Ni-P合金层（3 μm～8 μm），最后在金缸药水中利用金属镍的金属活性与Au+发生置换反应，在镍层上置换上一层金。

ENIG工艺是利用活化药水中的Pd2+离子催化镍层的氧化还原反应进行，在生产过程中，活化药水开缸后随着生产产量的增加，并且在8小时内活化药水发生变黑的明显变化。实际生产中活化液变黑虽未造成严重的品质问题，但活化药水变色存在的风险无法预测，极大可能导致漏镀、渗金等重大品质异常。

2 原因分析

见鱼骨图见图1所示，原因排查表见图2所示。

图1 ENIG的活化液变黑因果图

图2 ENIG的活化液变黑原因排查

3 要因验证

3.1 要因1验证

经过以上排查结果，挂篮污染上镍与镍缸药水带是同一因素所导致，即活化药水中镍离子含量上升导致。为了进一步验证这一要因，300 mL烧杯中按照活化开缸8%比例开缸，往烧杯中滴加镍槽药水，随着滴加的量增加，活化药水颜色逐渐变深。当滴加到5 mL时，活化药水明显变深，并且药水迅速变成深黑色，说明当加入5 mL镍缸药水时已经达到了活化药水的包容能力，活化迅速变黑。

与此同时，排查了产线上使用的挂篮，发现挂篮上端未包胶位置沉积上了厚厚的一层镍，于是将挂篮上的镍刮下来放入300 mL烧杯新开活化药水中，经过1 h后，活化药水同样变黑。对于该变化现象，对线上挂篮的使用情况进行观察，发现部分挂篮上端被镍缸药水浸泡或覆盖，这一异常情况主要是由于在线使用的挂篮挂钩长度不一样，分为有15 cm和17 cm两种，当使用挂钩长度为17 cm时，挂篮进入镍缸时液位便覆盖过挂篮的表面，从而在固定管中，导致在固定管及挂篮表面上镀上镍。针对以上找到的要因，为了避免活化药水中镍（镍离子）的带入，作出以下的改善方案，并全线重新开线，活化依然变黑，说明镍离子的带入并非是导致活化变黑的根本原因。同时，从镍层浸泡活化药水变色化学原理角度来分析，金属镍的活泼性质比金属钯强，当镍层进入活化药水中，镍层与活化药水发生置换反应，从而导致活化药水中的镍离子含量逐渐上升，同理，当活化药水中加入镍缸药水时，活化药水变黑。

根据置换反应应有钯单质在药水中析出，然而将变色后的活化药水进行过滤，并未有任何物质留在滤纸上，而通过烧杯试验（活化药水中加入镍缸药水）的变色药水过滤后，滤纸上有明显的钯析出，该现象进一步说明活化变色的真因并非是活化缸中镍离子偏高所导致。

3.2 要因2验证

在活化药水镍离子偏高改善无效后，经过多方面的尝试，总结，将方向转向了PCB上贴的红胶纸，并对此进行测试。取一卷在线使用的红胶带，在5 L的量杯中按开缸比例配置3 L活化药水，常温下将红胶带浸泡在活化药水中，经过20 h的浸泡，观察活化药水发生了明显的颜色变化，并且将变黑后的药水过滤，滤纸上无物质残留，初步可以判定是红胶带析出导致活化药水变黑。为了进一步验证烧杯测试的结果，将沉镍金线上的所有药水重新开缸，并且将所有红胶带板停产12 h，活化药水并未发生变化，而且当线上开始做红胶纸板6 h（约650块红胶带板）就已经变成深色，这一测试结果说明了活化药水变色的根本原因是红胶带有机物析出导致变色。

4 改善方案

为了解决活化药水变黑这一异常，从市面上寻找了4家PCB常用的红胶带供应商，将4家供应商提供的红胶带样品进行测试。

试验方案：5 L量杯中按3 L（活化缸300 L）开活化药水；将4家红胶带样品，长33 m，在活化药水中泡10 h，试验结果如图3所示。

图3 红胶带试验

生产测试：为了进一步验证红胶带析出活化变黑，将D供应商提供的红胶带全部替换上线生产，连续生产3个活化缸，活化药水均未变色，说明已找到真因。

5 结论

活化药水变黑这一异常，活化缸Ni离子含量偏高导致活化药水变黑，同时导致Pd析出，本文中虽不是真因，但可作为生产管控的要点，避免Pd析出而出现漏镀，导致不必要的生产报废。

根据经验，红胶带有机物析出导致活化药水变黑与活化药水的配合度也有一定的关系，我司在此前使用其他药水体系时，并未出现类似的情况，而本文中的药水与红胶带却不相匹配，故如遇到类似情况却无法找到相匹配的红胶带时，可考虑更换不同型号的活化药水也是解决该异常的方向。