PCB沉金工藝原理、流程、應(yīng)用匯總
PCB作為電子設(shè)備的關(guān)鍵組成部分,其性能與質(zhì)量直接影響著整個(gè)產(chǎn)品的表現(xiàn)。而 PCB 沉金工藝,作為一種先進(jìn)且重要的表面處理技術(shù),正發(fā)揮著不可或缺的作用,為電子產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行和卓越性能奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
一、PCB 沉金工藝的原理
當(dāng)鎳磷合金層達(dá)到一定厚度后,將 PCB 浸入含有金鹽的溶液中。此時(shí),鎳磷合金層中的鎳原子與金鹽溶液中的金離子發(fā)生置換反應(yīng)。由于金的化學(xué)活性比鎳低,鎳原子會(huì)將金離子還原為金屬金,從而在鎳磷合金層表面沉積出一層薄薄的純金層。這層金層具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、抗氧化性和可焊性,能夠極大地提升 PCB 的性能。
前處理
除油:PCB 在制造和運(yùn)輸過(guò)程中,表面不可避免地會(huì)沾染油污。使用專門(mén)的除油劑,如 30% AD - 482,通過(guò)化學(xué)作用將油污溶解并清洗掉,使 PCB 表面呈現(xiàn)出清潔的銅面。這一步就像是給房子打掃衛(wèi)生,只有把表面的 “灰塵” 清理干凈,后續(xù)的工作才能順利進(jìn)行。
微蝕:采用 60g/L 的 NaPS 和 2% 的 H?SO?混合溶液對(duì)銅面進(jìn)行微蝕處理。這一過(guò)程就如同給銅面 “打磨”,通過(guò)輕微的腐蝕,去除銅表面的氧化層和一些微觀上的不平整,使銅面更加新鮮、粗糙,從而增加后續(xù)鍍層與銅面的附著力。微蝕速率一般需嚴(yán)格控制在 25U - 40U 之間,以確保處理效果恰到好處。
活化:將 PCB 浸入 10% Act - 354 - 2 的活化液中?;罨哪康氖窃阢~面沉積一層鈀,鈀作為一種催化劑,能夠引發(fā)后續(xù)的沉鎳反應(yīng),為沉鎳提供活化中心,就像在化學(xué)反應(yīng)中點(diǎn)燃了 “導(dǎo)火索”。當(dāng)活化藥水銅含量大于 800PPM 時(shí),為了保證活化效果,必須開(kāi)新缸。
后浸:使用 1% H?S0?溶液進(jìn)行后浸處理,進(jìn)一步清潔和調(diào)整銅面狀態(tài),為沉鎳做好最后的準(zhǔn)備工作。除油缸、微蝕缸、后浸缸應(yīng)每周換缸,各水洗缸也應(yīng)每周清洗,以保證藥水的清潔度和處理效果。
沉鎳:沉鎳過(guò)程在含有鎳鹽、還原劑以及穩(wěn)定劑等成分的鍍液中進(jìn)行?;瘜W(xué)鎳對(duì)藥水成分范圍要求極為嚴(yán)格,在生產(chǎn)過(guò)程中必須每班分析化驗(yàn)兩次,并依據(jù)生產(chǎn)板的裸銅面積或經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)加 Ni2?還原劑。補(bǔ)加料時(shí),要遵循少量、分散多次補(bǔ)料的原則,避免局部鍍液反應(yīng)過(guò)于劇烈,導(dǎo)致鍍液加速老化。鍍液的 PH 值和溫度對(duì)鎳層厚度影響較大,鎳藥水溫度需控制在 85℃ - 90℃,PH 值維持在 5.3 - 5.7。當(dāng)鎳缸不生產(chǎn)時(shí),應(yīng)將溫度降低至 70℃左右,減緩鍍液老化速度。此外,化學(xué)鎳鍍液對(duì)雜質(zhì)非常敏感,像 Pb、Sn、Hg、Ti、Bi 等低熔點(diǎn)的重金屬,都屬于抑制劑,會(huì)對(duì)化學(xué)鎳的沉積產(chǎn)生不良影響。
沉金:沉金是一種浸金工藝,沉金缸的主要成分包括 1.5 - 3.5g/L 的 Au 以及濃度為 Ec0.06 - 0.16mol/L 的結(jié)合劑。在鎳磷合金層上,通過(guò)置換反應(yīng)形成純金鍍層,使鍍層表面平滑,結(jié)晶細(xì)致。鍍液 PH 值一般控制在 4 - 5 之間,溫度保持在 85 - 90 攝氏度。在這個(gè)溫度和酸堿度環(huán)境下,金離子能夠穩(wěn)定地與鎳磷合金層發(fā)生置換,形成高質(zhì)量的金層。
后處理
廢金水洗:沉金完成后,首先進(jìn)行廢金水洗,將 PCB 表面殘留的含有金離子的藥水沖洗掉,回收可能殘留的金元素,同時(shí)初步清潔板面。
DI 水洗:使用去離子水(DI 水)進(jìn)一步清洗 PCB,去除表面殘留的其他雜質(zhì)和化學(xué)物質(zhì),確保板面的純凈度。
烘干:通過(guò)熱風(fēng)或其他烘干方式,將 PCB 表面的水分徹底去除,使 PCB 達(dá)到干燥狀態(tài),便于后續(xù)的儲(chǔ)存和使用。有條件的話,還可以使用水平洗板機(jī)對(duì)沉金板進(jìn)行進(jìn)一步洗板、烘干。水平面洗板機(jī)可按照藥水洗(硫酸 10%,雙氧水 30g/L)、高壓 DI 水洗(30 - 50PSI)、DI 水洗、吹干、烘干的順序設(shè)置流程,以徹底除去印制線路板孔內(nèi)及表面的藥水和水漬,從而得到鍍層均勻、光亮度好的沉金板。
優(yōu)異的耐腐蝕性:鎳磷合金層和金層共同構(gòu)建起一道堅(jiān)固的防護(hù)屏障,能夠有效阻擋外界環(huán)境中的氧氣、水分、化學(xué)物質(zhì)等對(duì) PCB 銅面的侵蝕。在潮濕、高溫等惡劣環(huán)境下,普通的銅面容易發(fā)生氧化和腐蝕,而經(jīng)過(guò)沉金處理的 PCB,其使用壽命能夠得到顯著延長(zhǎng),大大提高了電子產(chǎn)品在復(fù)雜環(huán)境中的可靠性。
良好的焊接性能:金層具有良好的可焊性,在焊接過(guò)程中,焊料能夠均勻地附著在金層表面,形成牢固的焊點(diǎn)。同時(shí),金層能夠防止焊接點(diǎn)在焊接后被氧化和污染,減少了虛焊、脫焊等焊接缺陷的出現(xiàn),提高了焊接質(zhì)量,確保了電子元件與 PCB 之間穩(wěn)定的電氣連接。
出色的導(dǎo)電性能:金的導(dǎo)電性能極佳,能夠降低電阻,減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的損耗和衰減。在高速、高頻電路中,信號(hào)的快速準(zhǔn)確傳輸至關(guān)重要,沉金工藝能夠滿足這種對(duì)信號(hào)傳輸性能的高要求,保障電子產(chǎn)品在復(fù)雜信號(hào)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。
美觀的外觀質(zhì)量:沉金工藝使 PCB 表面呈現(xiàn)出亮麗的金黃色光澤,外觀美觀大方,提升了產(chǎn)品的整體檔次和附加值。在一些對(duì)產(chǎn)品外觀有較高要求的消費(fèi)電子產(chǎn)品中,這種美觀的表面處理能夠增加產(chǎn)品的吸引力。
對(duì)信號(hào)傳輸影響?。河捎谮吥w效應(yīng),信號(hào)在 PCB 線路中的傳輸主要集中在銅層表面。沉金工藝只是在焊盤(pán)等部位覆蓋鎳金層,不會(huì)對(duì)銅層的信號(hào)傳輸產(chǎn)生干擾,確保了信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
提高線路板的穩(wěn)定性:沉金板只有焊盤(pán)上有鎳金,線路上的阻焊與銅層的結(jié)合更為牢固,減少了因外力、溫度變化等因素導(dǎo)致阻焊層脫落或線路微短路的風(fēng)險(xiǎn),提高了 PCB 的整體穩(wěn)定性。
通信設(shè)備:在 5G 基站、路由器、交換機(jī)等通信設(shè)備中,對(duì)信號(hào)傳輸?shù)母咚俾?、穩(wěn)定性要求極高。PCB 沉金工藝能夠滿足這些要求,確保設(shè)備在復(fù)雜的通信環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行,保障數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。
計(jì)算機(jī)領(lǐng)域:無(wú)論是電腦主板、顯卡還是服務(wù)器的 PCB,都需要具備良好的性能和可靠性。沉金工藝能夠提高 PCB 的耐腐蝕性和焊接性能,滿足計(jì)算機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行下的需求,保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
醫(yī)療設(shè)備:醫(yī)療設(shè)備對(duì)安全性和可靠性有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。采用沉金工藝的 PCB,能夠在醫(yī)療設(shè)備的復(fù)雜工作環(huán)境中,確保電子元件的穩(wěn)定連接和信號(hào)傳輸,為醫(yī)療設(shè)備的精準(zhǔn)運(yùn)行提供保障,例如在核磁共振成像設(shè)備、心臟起搏器等醫(yī)療設(shè)備中廣泛應(yīng)用。
汽車電子:汽車在行駛過(guò)程中會(huì)面臨各種復(fù)雜的環(huán)境,如高溫、潮濕、震動(dòng)等。汽車電子系統(tǒng)中的 PCB,如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、車載娛樂(lè)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)等,采用沉金工藝能夠提高其在惡劣環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性,保障汽車電子設(shè)備的正常工作,為行車安全提供支持。
航空航天:航空航天領(lǐng)域?qū)﹄娮釉O(shè)備的性能和可靠性要求近乎苛刻。在衛(wèi)星、飛機(jī)等航空航天設(shè)備中,PCB 沉金工藝能夠確保電子設(shè)備在極端環(huán)境下(如高真空、強(qiáng)輻射、劇烈溫度變化等)穩(wěn)定運(yùn)行,保證設(shè)備的通信、控制等功能正常實(shí)現(xiàn)。
環(huán)保問(wèn)題:沉鎳金藥水通常含有劇毒物質(zhì),如一些重金屬離子,并且在反應(yīng)過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生有害氣體。因此,廢液排放和車間廢氣必須經(jīng)過(guò)專門(mén)的環(huán)保處理設(shè)備進(jìn)行處理,達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后才能排放,以避免對(duì)環(huán)境造成污染。
工藝控制難度:整個(gè)沉金工藝對(duì)藥水成分、溫度、PH 值、時(shí)間等參數(shù)的控制要求非常嚴(yán)格,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差,都可能導(dǎo)致鍍層質(zhì)量下降,如出現(xiàn)漏鍍、滲鍍、鍍層厚度不均勻、黑盤(pán)效應(yīng)(鎳層鈍化,在鎳與金的交接面上形成黑色氧化鎳膜,影響焊接和元件連接)等問(wèn)題。所以,操作人員需要具備專業(yè)的知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn),嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作和監(jiān)控。
成本問(wèn)題:相比其他一些 PCB 表面處理工藝,沉金工藝由于其復(fù)雜的流程、昂貴的藥水以及嚴(yán)格的工藝控制要求,成本相對(duì)較高。這就需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中,綜合考慮產(chǎn)品的性能需求和成本因素,合理選擇表面處理工藝。
PCB 沉金工藝以其獨(dú)特的原理、精細(xì)的流程和顯著的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)代電子制造領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位。它為 PCB 賦予了卓越的性能,推動(dòng)了電子產(chǎn)品向更高性能、更小尺寸、更可靠方向發(fā)展。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,沉金工藝也將不斷優(yōu)化和創(chuàng)新,為電子行業(yè)的發(fā)展持續(xù)貢獻(xiàn)力量。無(wú)論是電子工程師、PCB 制造商,還是電子愛(ài)好者,深入了解沉金工藝,都有助于更好地把握電子產(chǎn)品的制造和應(yīng)用。
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