以下是PCB沉金（化學鍍鎳金，ENIG）工藝中沉金步驟的詳細說明，包含化學鍍鎳與化學沉金兩個核心階段：

沉金工藝流程框架

前處理 → 活化 → 化學鍍鎳 → 化學沉金 → 后處理

1. 化學鍍鎳（Electroless Nickel Plating）

作用

• 保護銅基材：鎳層隔絕銅與空氣接觸，防止氧化。

• 提供金層基底：鎳的平整表面為后續(xù)沉金提供均勻沉積基礎。

• 增強焊接性：鎳層可緩解銅與焊料之間的金屬間化合物（IMC）生長。

操作參數(shù)

• 藥液成分：

  • 主鹽：硫酸鎳（NiSO?）

  • 還原劑：次磷酸鈉（NaH?PO?）

  • 絡合劑：檸檬酸、乳酸（調(diào)節(jié)沉積速率和鍍層磷含量）。

  • 穩(wěn)定劑：硫脲、鉛鹽（抑制副反應）。

• 關(guān)鍵參數(shù)：

  • 溫度：85-95℃（需精確控溫±1℃）。

  • pH值：4.5-5.5（通過氨水調(diào)節(jié)）。

  • 時間：15-30分鐘（鎳層厚度3-6 μm）。

  • 磷含量：7-11%（影響鍍層耐腐蝕性和硬度）。

反應機理

化學鍍鎳為自催化還原反應：
Ni2++H2PO2−+H2O→催化Ni↓+H2PO3−+2H+Ni2++H2?PO2−?+H2?O催化?Ni↓+H2?PO3−?+2H+

注意事項

1. 槽液維護：

   • 定期分析鎳離子、次磷酸鹽濃度，補充消耗成分。

   • 過濾循環(huán)（1-5 μm濾芯），去除顆粒雜質(zhì)。

2. 厚度控制：

   • 通過X射線測厚儀（XRF）或切片法監(jiān)控鎳層均勻性。

3. 黑盤（Black Pad）預防：

   • 避免磷含量過高（＞11%）或鍍液污染（如硫、有機物）。

2. 化學沉金（Immersion Gold Plating）

作用

• 抗氧化：金層保護鎳層免受氧化，確保長期可焊性。

• 表面平整：填充鎳層微觀孔隙，提升焊盤平整度。

• 鍵合性能：金層適用于Wire Bonding工藝。

操作參數(shù)

• 藥液成分：

  • 金鹽：氰化亞金鉀（KAu(CN)?，含金量0.5-1.5 g/L）。

  • 絡合劑：EDTA、檸檬酸（穩(wěn)定金離子）。

  • pH調(diào)節(jié)劑：氫氧化鉀（KOH，pH 4.5-6.0）。

• 關(guān)鍵參數(shù)：

  • 溫度：80-90℃。

  • 時間：5-15分鐘（金層厚度0.05-0.15 μm）。

  • 置換反應：金通過置換鎳沉積，反應終止于鎳表面完全覆蓋。

反應機理

沉金為置換反應（無外部電流）：
2Au++Ni→2Au↓+Ni2+2Au++Ni→2Au↓+Ni2+

注意事項

1. 金層厚度控制：

   • 過薄（＜0.05 μm）：抗氧化性差；

   • 過厚（＞0.2 μm）：成本高，易導致焊點脆化。

2. 藥液穩(wěn)定性：

   • 避免鎳離子積累（定期更換部分藥液或使用離子交換樹脂）。

3. 潤濕性：

   • 添加潤濕劑（如聚乙二醇）確保高密度板孔內(nèi)金層覆蓋。

后處理

1. 水洗：

   • 采用多級逆流DI水清洗，徹底去除藥液殘留。

2. 干燥：

   • 熱風烘干（60-80℃），避免水漬殘留。

3. 檢驗：

   • 金層外觀：均勻金黃色，無發(fā)黑、發(fā)白或露鎳。

   • 厚度測試：XRF或切片法。

   • 附著力測試：膠帶剝離試驗（IPC-TM-650標準）。

常見問題與對策

關(guān)鍵控制點

1. 鎳層質(zhì)量：磷含量、厚度、致密性。

2. 沉金液活性：金離子濃度、pH、溫度。

3. 潔凈度：全程DI水清洗，避免顆粒污染。

總結(jié)

沉金工藝通過化學鍍鎳與置換沉金的結(jié)合，為PCB提供高可靠性的表面處理。其核心在于：

• 鎳層：作為功能性基底，需控制磷含量與致密性；

• 金層：作為保護與焊接層，需精準管理厚度與均勻性。
  通過嚴格的參數(shù)監(jiān)控（溫度、pH、濃度）和定期維護（藥液分析、設備校準），可確保沉金工藝的穩(wěn)定性，滿足高密度互聯(lián)（HDI）和5G高頻PCB的嚴苛要求。