耐電鍍光致抗蝕干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳鍍層的影響

唐小俠 萬(wàn)克寶 劉 清

（蘇州維信電子有限公司，江蘇 蘇州 215128）

0 前言

印制電路板（PCB）表面化學(xué)鍍鎳浸金過(guò)程，簡(jiǎn)稱化學(xué)鍍鎳/金（ENIG），其分散性好，且有良好的焊接和可多次焊接性能、能兼容各種助焊劑，同時(shí)又是一種極好的銅面保護(hù)層，并且其平整性和均勻性更適合于細(xì)密電路[1]，因此在PCB包括撓性電路板（FPCB）行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

耐電鍍的光致抗蝕干膜（以下簡(jiǎn)稱干膜）作為防鍍手段之一在PCB和FPCB行業(yè)大量使用，但干膜溶出物是影響化學(xué)鍍鎳金槽液壽命的主要因素之一，控制較低的干膜溶出有利于改善黑焊盤缺陷。另外孟凡義研究發(fā)現(xiàn)[2]，干膜析出物也會(huì)影響化學(xué)鍍鎳的鍍層厚度。筆者公司還發(fā)現(xiàn)干膜累積裝載量大的化學(xué)鍍鎳槽，會(huì)造成FPC化學(xué)鍍鎳層表面產(chǎn)生裂紋，即金裂問(wèn)題。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)例，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比實(shí)際生產(chǎn)流程的分析方法，著重研究干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳層脆性的影響。同時(shí)采用彎折法定性測(cè)試脆性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 問(wèn)題描述

公司某型號(hào)撓性板在貼鋼片后發(fā)現(xiàn)有金裂問(wèn)題，嚴(yán)重影響撓性板質(zhì)量（見(jiàn)圖1）。

取問(wèn)題板和合格板對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題板來(lái)自于生產(chǎn)大批量大面積干膜柔板后的化學(xué)鍍鎳槽，合格板則相反，說(shuō)明干膜在化學(xué)鍍鎳槽的溶出和化學(xué)鍍鎳層脆性有一定的相關(guān)性。另外，工藝和生產(chǎn)人員還反饋，當(dāng)生產(chǎn)大批量大面積干膜的柔板后，化學(xué)鍍鎳槽有鍍鎳速率降低的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。

圖1 金裂問(wèn)題圖片

1.2 試驗(yàn)方案

本次實(shí)驗(yàn)采用10 mm×45 mm Dossan 122512雙面ED（覆電解銅）板制作雙面電路板做為化學(xué)鍍鎳試驗(yàn)板。試驗(yàn)干膜采用某公司型號(hào)W250感光防鍍干膜。將干膜貼在Dossan 122512雙面覆銅箔板（正反表面有保護(hù)膜全覆蓋）上，曝光后作為干膜板。將干膜板浸在某國(guó)內(nèi)公司的化學(xué)鍍鎳藥水（80 ℃，生產(chǎn)溫度）中一定時(shí)間后，再進(jìn)行化學(xué)鍍鎳。每小時(shí)需要更換新的干膜板。其中試驗(yàn)板化學(xué)鍍鎳流程為：化學(xué)除油→水洗→微蝕→水洗→鈀活化→水洗→化學(xué)鍍鎳→水洗→烘干。其中除化鎳藥水在實(shí)驗(yàn)室按產(chǎn)線配方統(tǒng)一新配制外，其它藥水均取自產(chǎn)線。

1.3 試驗(yàn)儀器

使用梅特勒S210-S臺(tái)式PH計(jì)分析干膜浸泡前后pH值變化；Bowman BA-100臺(tái)式X射線熒光（XRF）鍍層測(cè)厚儀測(cè)量試驗(yàn)板化學(xué)鍍鎳層厚度； SEM-EDS分析試驗(yàn)板化學(xué)鍍鎳層表面形貌；采用厚度0.22 mm的直角鋼片做模具，彎折測(cè)試定性評(píng)估試驗(yàn)板化學(xué)鍍鎳層脆性。

2 結(jié)果與討論

2.1 干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳藥水pH值的影響

干膜在化鎳藥水中浸泡不同時(shí)間后，化學(xué)鍍鎳藥水的pH值變化（見(jiàn)圖2）。

圖2 干膜浸泡時(shí)間與化鎳藥水pH關(guān)系曲線

結(jié)果顯示，干膜在化學(xué)鍍鎳液中浸泡時(shí)間長(zhǎng)或短，對(duì)化學(xué)鍍鎳藥水的pH沒(méi)有明顯的影響。

3.2 干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳層厚度的影響

在化學(xué)鍍鎳液中浸泡不同時(shí)間干膜后，再鍍鎳30 min的試驗(yàn)板的化學(xué)鍍鎳層厚度（見(jiàn)圖3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)化學(xué)鍍鎳層厚度隨著干膜浸泡時(shí)間延長(zhǎng)而減少。表明干膜溶出物會(huì)導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳沉積速率降低。

圖3 干膜浸泡時(shí)間與化學(xué)鍍鎳層厚度的關(guān)系曲線

3.3 干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳層表面形貌的影響

圖4是試驗(yàn)板的表面形貌。從圖4中可以看出，干膜在化學(xué)鍍鎳液中浸泡不同時(shí)間對(duì)化學(xué)鍍鎳層表面形貌沒(méi)有明顯的影響。

圖4 干膜浸泡不同時(shí)間后化學(xué)鍍鎳表面形貌(1000x)

3.4 干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳層脆性的影響

圖5是干膜在化學(xué)鍍鎳液中浸泡不同時(shí)間后的化學(xué)鍍鎳試驗(yàn)板經(jīng)過(guò)彎折后的圖片。從圖5a到5e可以看出，隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，彎折后，試驗(yàn)板化鎳表面裂紋逐漸變嚴(yán)重，由桔皮狀細(xì)小裂紋變成深粗嚴(yán)重的直裂紋。說(shuō)明隨著干膜浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，即隨著化學(xué)鍍鎳藥水中干膜溶出量增大，裂紋越嚴(yán)重，化鎳層脆性越大。將金裂NG樣品中未有金裂的焊盤采用同樣方法彎折后，發(fā)現(xiàn)其裂紋與干膜浸泡3 h彎折結(jié)果相似。與生產(chǎn)工藝同事的推斷相符合。說(shuō)明干膜浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者累積量過(guò)大，的確會(huì)造成金裂問(wèn)題。在生產(chǎn)控制中對(duì)比需重點(diǎn)關(guān)注。

圖5 干膜浸泡不同時(shí)間后化學(xué)鍍鎳試驗(yàn)板表面彎折后圖片(100x)

4 結(jié)論

（1）干膜浸泡時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)化學(xué)鍍鎳藥水的pH和表面形貌無(wú)明顯影響；

（2）干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳的速率有明顯的影響，干膜浸泡時(shí)間多的時(shí)候?qū)@著降低化學(xué)鍍鎳速率；

（3）干膜對(duì)化學(xué)鍍鎳層脆性有影響，當(dāng)累積量達(dá)到一定量時(shí)，將增大鍍層脆性，嚴(yán)重會(huì)造成金裂或鎳裂問(wèn)題。