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发表于 2007-5-14 16:23:34
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来自： 中国浙江湖州
用于印制板的镍镀层分为半光亮镍(又称低应力镍或哑镍)和光亮镍两种。主要作为板面镀金或插头镀金的底层，根据需要也可作为面层，镀层厚度按照IPC-6012(1996)标准规不低于2~2．5 μm。镍镀层应具有均匀细致，孔隙率低，延展性好等特点，而且低应力镍应具有宜于钎焊或压焊的功能。& i- E! Y% z0 {. z* o
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影响镍镀层内应力的因素及排除方法( z( \9 A' u/ h0 u8 [9 `
1 前言, ^3 p3 N" F4 i) x: ~( ?7 K4 I
/ M( X) H! U; L+ \* {电镀镍无论是作为防护装饰性镀层还是功能性镀层都有着广泛的用途，可以说是电镀工业中最重要的镀种。它是多种复合镀层的载体，还可以与多种金属形成合金镀层，也是采用添加剂和光亮剂的种类和品种最多的镀种。作为贵金属电镀的抗扩散中间层，其在电子电镀中的应用也日渐增长。电镀镍工艺的这种广泛的应用，促进了电镀镍工艺的进步，研究和应用者都提出了不少有关镀镍的技术报告，但是有关镀故障排除方面的资料，则相对较少。本文拟就影响镀镍层内应力的因素及排除方法加以介绍，供从事镀镍工艺管理和操作的同仁参考。, i% |. w/ U% K0 Y
3 {$ B( ~4 u0 {5 I( [/ T2 镍镀层的性能及内应力
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金属镍本身的塑性是较好的，易于压延，但电解镍有较高的硬度，并且在不同的电镀条件下所镀得的镀层的机械性能有很大的差异。镍的标准电位为 -.25 伏，但镍的平衡电位和析出电位会由于电镀条件不同而有所不同，比如当PH值为6时，可通过电极电位方程计算得知其平衡电位为 - 0. 36伏，而当镀液的PH值是3时，其平衡电位是 - 0. 18 电镀层的应力是其结晶过程与冶炼学结晶过程不同而产生的。对镀镍来说，这种不同是很明显的，尤其当使用有电镀添加剂时，这种应力效应就更加明显。根据添加剂所产生的应力的不同性质，人们将镀镍添加剂分为两类，即初级光亮剂或一类光亮剂，次级光亮剂或二类光亮剂。一般认为初级光亮剂产生的是压应力，压应力的方向是使镀层拉伸的，也可叫做张应力，可以认为这类添加剂在镀层结晶过程中是占据有一定晶位的，使金属结晶发生位移，这时从金属基体上生长出的镀层与基体原结晶相比有向外伸长的趋势，宏观上表现为张应力或者压应力。另一类添加剂的加入会使结晶格子有向内收缩的趋势，这种应力称为拉应力或收缩应力。至于为什么会从事使镀层产生收缩应力，则没有很权威的论定，笔者认为，从使用第二类光亮剂可以降低张应力的宏观效果来看，这类添加剂是在不改变甚至加强了结晶晶面取向（有利于获得光亮镀层）的同时，对第一类光亮剂在晶格位的行为有所控制，从而减少了金属结晶过程位移，使应力减小，据说调整得当时，这种应力可以趋向于零。另一个可能的原理，是这类添加剂是作用在键位上而不是结点上，也就是强化了键力而使晶格结点间距离变小，从而在宏观上产生收缩应力。 + O' e* d5 i9 X; D( Z$ `1 Z# Y2 o
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3 影响镍镀层内应力的因素及排除方法
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在电镀过程中，由于金属的结晶有一定变形或有异相杂入，会产生一定内应力。当内应力较大时，表现在宏观上就是镀层硬度大，容易起皮、开裂、延展性变差。这种现象在镀镍过程中尤其明显。影响镀镍层内应力的因素较多，常见的影响因素有工艺参数方面的也有镀液成分和杂质方面的。
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3.1 PH值不正常 当镀镍液的PH值升高时，阴极区由于有析氢现象而有更高的PH值，会产生氢氧化镍微粒杂入镀层，增加镀层硬度。当希望得到较软的镍镀层时，其PH值应当维持在较低的范围，比如在3.8-4.1之内。调整时应该使用稀释过的硫酸。 - ?; c) u# U3 H5 ?
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3.2 电流密度过高而温度又太低 在高电流密度和低温度下电镀，镀层的内应力会增加。因此，应注意采用适当的电流密度和保持镀液温度在工艺规定的范围，不应低于50摄氏度。: t& T4 E+ T& n( J0 o$ A+ h
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3.3 镀液成分的影响 镀液成分不正常也会影响镀层的应力。当主盐浓度过高时，尤其是氯离子过高时，镀层的内应力增大，比如全氯化物镀镍的内应力可达280-340N/mm2 而瓦特镍的内应力只有140N/mm2 氨基磺酸镍镀镍的内应力最小，只在70N/mm2以内{1}。而以瓦特镍的延展性最好，可达30%。
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+ R0 m6 F5 l' r9 Z' }9 Q z9 U. s3.4 杂质的影响 这是影响镀镍层内应力的最复杂因素。因为前面所说的影响因素都有工艺参数可供监测，也容易调整。但是杂质对电镀过程的影响就比较难以控制，往往是在积累到一定量以后才发难，而一旦出现故障，排除都比较麻烦。
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- i! H! a( l4 c0 c- P. A0 c' X首先是有机杂质的影响，这多半是电镀添加剂的过量或其分解产物的积累。镀层很亮，但分散能力并不好，且很易起皮，在高电流区甚至于开裂。这时要用双氧水处理后再加温，然后加入活性炭处理。对于有机杂质较多的应采用高锰酸钾处理，这时应先调节PH值为3，再加热到60-80。C，加入溶解好的高锰酸钾，量控制在0.3-1.5g/L以内，强力搅拌后静置8小时以上，过滤后调PH值到正常范围。如果镀液有淡红色，可用双氧水退去除。 另有一类有机物污染用上面的方法还不足以去除，比如动物胶类杂质，印刷线路板的溶出物等，这类杂质只要含量在0.01-0.1g/L 就会引起镀层起皮等。这时要用单宁酸0.03-0.05g/L加入镀液，经10分钟左右就会有絮状物沉淀出现，经8小时以上充分沉淀后可以去除。最好是再用活性炭过滤，才能达到完去掉这类有机杂质。
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* [' X2 Z/ }+ z比较难处理是金属杂质，对铜、锌类主要靠电解法去除。锌杂质达到0.02g/L以上镀层的内应力显著增大，镀层发脆。化学法去除很麻烦且要损失很多镍。可用0.2-0.4A/dm2电流密度在搅拌下电解去除。 铁杂质的影响也是很大的，当铁的含量达到0.05g/L以上，就会使镀层发脆，可以用0.1-0.2A/dm2的小电流电解去除。当铁的量过大时，可用化学法去除。先用稀硫酸将镀液的PH值调到3左右，搅拌下加入30%的双氧水1-2ml/L 充分搅拌后再加温到60。C，搅拌1-2小时，再调整PH值到5.5以上，继续搅拌1-2小时，静置8小时以上后过滤，调节PH值到正常范围即可。 另外钠离子对镀镍层的机械性能也有影响，因此一般不采用氯化钠补充氯离子，也不宜用含钠盐作导电盐或增白剂。
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重要的是对镀液平时的管理。如果经常按工艺要求管理镀液，不使杂质有过量的积累，以上所说的杂质的影响是可以得到控制的。其中很重要的一点是对阳极材料和化学原料的选择，不可以因贪图便宜而采用杂质多的工业化学原料和级别不高的阳极，这是先天带入杂质和造成积累的最常见因素。光亮剂使用不当，盲目地将光亮剂和添加剂当成万能的电镀良药，而不注意其它工艺参数的维护，很容易造成有机杂质污染。 |
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