摘要：PCB电镀镍金生产过程中有时会发生金面变色的问题，金是稳定的金属元素，理论上金的氧化并非自发，分析认为出现三种情况会导致金面变色。本篇将从导致变色的生产流程重要环节上加以探讨分析。
关键词：电镀镍金板；金面变色
中图分类号：TN41文献标识码：A文章编号：1009-0096（2014）05-0048-04
1·前言
PCB表面电镀镍金主要在铜面上有了电镀镍、电镀金组合，使镀层具备了特性功能：（1）镍作为铜面与金面之间的阻碍层防止铜离子迁移，同时作为蚀刻铜面保护层，免受蚀刻液攻击有效的铜面；（2）镍金镀层具有优越的耐磨能力，也同时具备较低的接触电阻；（3）镍金层表面也具有良好的可焊性能。
通过了解金的物理及化学性质，分析金面发生变色是由3种情况引起：（1）镍层的空隙率过大，铜离子迁移造成；（2）镍面钝化；（3）金面上附着的异物产生了离子污染。我们实验将从电镀镍、镀金、养板槽、蚀刻管控、水质要求等五个方面逐一加以分析，改善这一品质问题。

2·电镀镍金流程
自动电镍金线流程中间是没有上/下板动作，手动操作挂具容易破胶，破胶后的挂具容易藏药水，不更换专用的挂具容易污染镀金缸。

3·金面变色处理过程及实验部分
3.1电镀镍（氨基磺酸镍体系）
3.1.1药水使用参数
3.1.2镀镍的电流密度
镀镍的电流密度过大会直接导致阴极待镀面析出的镍呈现不规则状态、镍晶格孔隙过大，外观上表现为镀镍粗糙。孔隙过大镍下面的铜就会很容易遇酸、水、空气氧化后向外扩散，铜离子穿过镍孔隙到达镀金层后则会直接导致金面颜色异常或金面变色，镍层作为铜与金面之间的阻隔层失效。
为了选择合适的电流密度，我们做过电流密度、镀板时间、镀镍厚度、镍面孔隙率相关联实验，数据说明最佳电流密度为2.5A/dm2~2.7A/dm2，此电流密度下的孔隙率小于0.5个/cm2，而且电镀效率也较高。若采用2.0A/dm2~2.2A/dm2的电流密度镀板时间长可能会影响生产效率。
通过镀镍时电流密度的管控，得到一个均匀细致的镀层，在铜面与金面之间能起到良好的”阻隔”作用，能有效防止铜离子扩散迁移。
3.1.3镍缸的电解处理电流密度
镍缸由于做板会带进杂质，补充液位时水/辅料中也含有少量的杂质，不断的累积就需要用电解方法将杂质去除，电解时建议采用电流密度（0.2~0.3）A/dm2为宜。若电解电流超过0.5A/dm2会导致上镍过快，那么电解去除杂质的效果也会变差，同时也浪费了镍。所以镍缸的去除杂质先采取（0.2~0.3）A/dm2电流密度进行电解（2~3）H，后期采取0.5A/dm2电解（0.5~1）H即可，所取得的电解效果就非常好。
3.1.4镀镍后
镀镍后经过水洗缸浸洗，将镀好镍板拆下放入养板槽水中，养板槽中需要添加1g/l~3g/l的柠檬酸，弱酸环境有助于保持镍面活性。镀镍后建议在0.5h~1h内完成镀金工艺，不可以在养板槽防置时间过长。
3.2镀金
3.2.1金缸的过滤
金缸的过滤建议用1μm规格的滤芯连续过滤，正常生产时要每周更换一次滤芯。过滤效果差的金缸药水颜色相当于红茶颜色，杂质过多会导致镀金后线边发红等问题。
3.2.2镀金的均匀性
镀金均匀性不良主要发生在手动镀金过程，手动镀金操作时使用的单夹具因鼓气搅动板偏离了中心位置，正反两个受镀面与阳极的距离不对等而导致镀金厚度不均匀。经测量靠近阳极的板面镀金层偏厚，而偏离阳极位置的板面金偏薄，在镀金薄地方容易引起变色。
改善方案：在镀金的阴极钛扁下面安装两块PP材料的网格，间距约12cm~15cm，板在网格内摆动就受限制，镀板两面距离阳极钛网的距离相差不大，所以镀金就会厚度均匀。改善镀金均匀性的效果非常理想。
3.2.3镀金时要使用专用的夹具
手动电镍金使用的都是使用包胶夹具，包胶的夹具使用久就会存在包胶部分破损，破损的部位因清洗不足而藏有药水。为防止夹具中藏有杂质，故镀金时必须使用专用的夹具，也就是在手动镀金流程中存在上下板的更换夹具操作流程，拆下来的板立即放入养板槽中，从保护金缸的出发这是非常重要的举措。
3.3镀镍/镀金后的养板槽
3.3.1养板槽水质要求
不管是镀镍后养板槽还是镀金后的养板槽水质要求较高，都需要用10μs以内电导率低的DI水。镀镍后放板的养板槽水中需要添加1g/L~3g/L的柠檬酸，保持镀镍后的镍面活性。
镀金后的养板槽水中需要添加1g/L~3g/L的碳酸钠，若添加过多的碳酸钠会加剧干膜溶出，水质污浊对板面不利。
3.3.2养板槽水温控制
养板槽一定要安装冷却水，水温控制在18℃~25℃即可，水温过高时较容易出现镍面钝化。在养板槽安装冷却水，经过改善后我们发现镍面钝化问题立即得到大幅度的改善，镍面钝化出现金面变色问题基本上没再发现。
3.3.3养板槽水更换频率
镀镍、镀金的养板槽建议每班更换一次水，提前换水并开启冷却系统为下一班生产做准备。养板槽水之所以要勤更换，主要是镀镍后板面的药水不易清洗干净，板面还是有少量的残留液带进养板槽水中，每班更换一次非常有必要的。加强镀镍后养板槽的管理目的就是避免镍面钝化/氧化，同时添加柠檬酸保持镍面活性的过程。
3.4蚀刻
为验证蚀刻滞留时间对电镀镍金板变色的影响，为此做过针对性的实验，实验分两次进行，采取相同的型号规格，在不同时间内完成蚀刻，后通过检查金面变色数量。
实验说明镀金后若蚀刻不及时滞留时间过长也会引起金面变色。镀金后一般要做到在30分钟内蚀刻，放置过久容易出现金面杂质污染越容易变色，特别是焊盘稍大些的板更要加强镀金后蚀刻时间的管控，镀金后立即蚀刻出来。
3.5水质要求
（1）镀金板在镀铜以后的水洗都要用DI水质，电导率最好控制在60μs以下。
（2）蚀刻后风干前水洗也一定要用到DI水。蚀刻的酸洗缸做到每班更换酸洗一次，酸洗缸的铜离子影响金面变色。
（3）蚀刻烘干前的吸水海绵在生产过程中，上面也会不间断地堆积过多的杂质会污染板面，生产中要定期用DI水清洗，并每隔1~2个月更换一次吸水海绵。
镀金后及时蚀刻以及提高水质质量可减少板面异物离子污染几率，对改善变色行之有效。

4·总结
金面变色可能原因分析：（1）镍层的空隙率过大，铜离子迁移造成；（2）镍面钝化；（3）金面上附着的异物发生了离子污染。
从以下五个方面采取措施，最终取得良好的效果，改善了变色这一品质缺陷。
（1）镀镍缸管控措施：镀镍的电流密度要合适，电解镍缸去杂质处理要低电流密度，同时镀完镍后要在0.5h~1h内完成镀金工艺。
（2）镀金缸管控措施：过滤建议用1μm规格的滤芯，要监测下镀金均匀性；使用专用的镀金夹具。
（3）养板槽管控措施：水质电导率要在10μs，每班换水，同时养板槽要保持水温在18℃~25℃。
（4）蚀刻时间管控：建议镀金后半小时内完成蚀刻。
（5）水质要求为：养板槽的水要勤换水、低电导率，特殊流程段也需要用到DI水质。