技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無電鍍鎳的方法及由無電鍍鎳的方法制得的電路板的表面鍍層，尤其是可以提供一種可制造出兼具優(yōu)良的焊錫性及抗蝕性的電路板表面鍍層。

背景技術(shù)

無電鍍鎳(Electroless?Nickel?Plating)是化學(xué)鍍鎳的一種方法，亦稱為自身催化鍍鎳(Autocatalytic?Nickel?Plating)，因?yàn)?946年A.Brenner和G.Riddell在美國國家標(biāo)準(zhǔn)局服務(wù)時(shí)，無意中發(fā)現(xiàn)次磷酸鈉可還原鎳離子，并首度使用“無電鍍鎳”名詞，并在之后申請(qǐng)美國專利(美國專利號(hào)第2532283號(hào))。在無電鍍鎳技術(shù)工業(yè)化之后，最初應(yīng)用主要為化學(xué)工業(yè)的防蝕，隨著電子工業(yè)與信息工業(yè)的興起，在印刷電路板、電腦外殼、硬盤、手機(jī)面板、液晶面板的應(yīng)用比例逐漸增加。

無電鎳金(Electroless?Nickel?Immersion?Gold，ENIG)流程包含無電鍍鎳(或稱化學(xué)鎳)及浸鍍金(或稱化學(xué)金)兩種制程。無電鍍鎳是一個(gè)自我催化的反應(yīng)，利用氧化還原的方式將鎳磷合金沉積于銅上，其還原劑通常使用次磷酸鈉；浸鍍金為一種電位置換反應(yīng)(potential?replacement?reaction)，利用各金屬氧化還原電位的不同，以電位置換方式將金屬還原并置換沉積出來，也就是說任何在溶液中擁有較高還原電位的金屬離子，會(huì)取代并沉積在較低還原電位的金屬被鍍物上，而被鍍物上的金屬則溶解至鍍液中，而此置換反應(yīng)隨著金逐漸布滿鎳被鍍物后而趨于停止。

需要先鍍鎳層的原因是，其可作為一擴(kuò)散障蔽層(barrier?layer)，防止金層與銅層之間的遷移或擴(kuò)散，確保金層的純度，避免金層的氧化。

傳統(tǒng)一般用于電路板制程中的無電鎳金的處理步驟為：脫脂→雙水洗→微蝕→雙水洗→酸洗(硫酸)→雙水洗→觸媒活化→雙水洗→后浸酸(選擇性)→雙水洗(選擇性)→熱純水預(yù)浸(選擇性)→無電鍍鎳→雙水洗→浸鍍金→回收水洗→雙水洗→熱純水洗→封孔(選擇性)→純水洗(選擇性)。

在觸媒活化的步驟中，通常是把表面含銅的被鍍物浸入酸性含鈀的溶液，可在被鍍物表面置換出鈀的晶種，將被鍍物洗凈后，再放入鎳鍍液中，即可啟動(dòng)無電鍍鎳。但以次磷酸鈉還原鎳時(shí)，還原效率僅為30～34％，其余還原劑則反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，由于鈀極易吸附氫氣，若氫氣濃度太高，則會(huì)引發(fā)鄰近槽液過度活化而將鎳層還原出來，此還原出的鎳層為無方向性的沉淀，亦非制程中所規(guī)劃的，形成滲鍍而造成無電鍍鎳鍍層的缺陷(defect)。

此外，為了可順利啟動(dòng)自身催化鍍鎳，鍍液中通常包括啟鍍劑，傳統(tǒng)較佳的啟鍍劑含有有機(jī)硫化物或無機(jī)硫化物，此硫化物在鍍液中僅占0.1至多個(gè)ppm，但硫在鎳鍍層的共析量應(yīng)嚴(yán)格控制在約300ppm～350ppm之間。若共析的硫化物高于350ppm，在后續(xù)的焊錫加工時(shí)，在高溫下，此共析的硫化物會(huì)斷裂并與錫膏或助焊劑中的活化酸形成硫化氫氣體；硫化氫氣體腐蝕性極強(qiáng)，會(huì)攻擊鎳鍍層造成氧化及腐蝕，形成硫化鎳及氧化鎳的復(fù)合體，此即俗稱的黑鎳(black?nickel)或黑墊(black?pad)，此氧化鍍層將嚴(yán)重影響焊錫性，造成電路板組裝作業(yè)失敗。若槽液中硫含量過低，硫化物共析量在鎳層低于300ppm，則無法有效啟鍍鎳層，造成邊角上啟鍍不良，形成塌陷現(xiàn)象，俗稱削肩(thin?shoulder)，甚至因啟鍍不良而形成漏鍍(skip?plating)。若要避免上述兩項(xiàng)的缺陷，則需嚴(yán)格控制硫化物在鍍液中含量介于0.1至多個(gè)ppm之間，此項(xiàng)要求對(duì)業(yè)內(nèi)人士是一大考驗(yàn)。

在上述無電鍍鎳的步驟中，槽液中pH值操作對(duì)磷含量影響很大：pH值越高，磷含量越低；且pH值越低，磷含量越高。若鍍上的鎳層含磷量較高，控制在9.5％以上，又以10.5％以上為佳，則抗蝕性較佳，但對(duì)焊錫能力則大為減弱；若鍍上的鎳層含磷量較低，控制在6％以下，又以5.5％以下為佳，則焊錫性較佳，但對(duì)于抗蝕能力又大為減弱。由于磷含量的高低對(duì)于鍍層質(zhì)量影響極大，因此，目前業(yè)界使用的單一鍍層，往往使業(yè)者陷于兩難之中。