PCB沉金工艺流程简介 注意事项

PCB沉金（ENIG）工艺是高端PCB制造的核心环节，其质量直接影响焊接可靠性和产品寿命。以下是关键注意事项的深度解析，涵盖工艺全流程风险防控：

一、前处理阶段：根基性风险控制

1. 铜面清洁度

   • 严禁裸手接触铜面（指纹油脂导致镀层结合不良）

   • 微蚀深度需精准控制（1-2μm）：过浅影响结合力，过深破坏线路精度

   • 水膜破裂测试必须100%通过（水膜连续≥30秒）

2. 活化钯槽维护

   • 钯浓度控制在3-20ppm，温度≤30℃（高温导致钯颗粒团聚）

   • 槽液寿命≤3个MTO（金属 turnovers）防止胶体钯老化

二、沉镍阶段：黑盘问题的核心防控区

1. 工艺参数红线

   • 温度：85±2℃（＞90℃加速副反应，＜80℃沉积不均）

   • pH值：4.8±0.2（pH＞5.5产生氢氧化镍沉淀）

   • 装载量：0.5-1.5dm²/L（过密导致边缘效应）

2. 防黑盘关键措施

   • 磷含量控制7-9%：定期EDX检测（高磷＞10%易晶界腐蚀）

   • 禁止过度还原：次磷酸钠浓度≤35g/L（高浓度加速镍层腐蚀）

   • 沉镍后停留时间＜15分钟（防止镍层氧化）

三、沉金阶段：厚度与孔隙率的博弈

1. 金层厚度双刃剑

   • 下限：0.05μm（＜0.03μm孔隙率剧增）

   • 上限：0.15μm（＞0.2μm引发“金脆”焊接裂纹）

   • 重点监控金厚均匀性（板中心vs边缘差异≤20%）

2. 金槽致命污染防控

   • 镍离子≤50ppm（超量导致金层发雾）

   • 采用双槽设计（预浸槽截留镍离子）

   • 金盐添加需溶解过滤（直接投料产生颗粒）

四、后处理：可靠性最后防线

1. 水洗三重保障

   • 5级逆流漂洗（首槽电导率＜100μS/cm）

   • 终淋用18MΩ·cm去离子水（氯离子＜1ppm）

   • 热DI水洗（70℃）溶解有机残留

2. 干燥工艺禁忌

   • 禁用压缩空气（含油含水导致氧化）

   • 热风干燥温度≤100℃（阻焊耐热极限）

   • 高纵横比板必须真空干燥

五、环境与物料管理

六、特殊设计风险规避

1. 密集BGA焊盘

   • 增加镍层厚度至5-6μm（防焊点疲劳断裂）

   • 禁用喷砂前处理（微坑藏药水导致腐蚀）

2. 金手指区域

   • 金厚需≥0.2μm（插拔耐磨要求）

   • 单独屏蔽沉镍（避免非功能区增厚）

七、致命缺陷预防清单

1. 黑盘（Black Pad）

   • 根本原因：镍层过度腐蚀（磷富集晶界）

   • 防控：缩短镍槽停留时间，添加络合剂（柠檬酸盐）

2. 金层剥离（Peeling）

   • 触发条件：铜面氧化/钯活化失效

   • 对策：活化后增加加速剂处理

3. 焊点脆裂

   • 金层＞0.15μm + 锡铅焊料（形成AuSn4脆性相）

   • 必须使用SAC305等无铅焊料

八、工艺监控铁律

1. 槽液分析频率

   • 沉镍槽：每4小时测pH/温度，每班次测镍浓度

   • 金槽：每日测金含量，每周测镍污染

2. 首件检验项目

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   - 镍厚/XRF（3点测量）  
   - 金厚/XRF（板边/中心/金手指）  
   - 焊球测试（φ0.6mm Sn96.5Ag3Cu0.5）  
   - 胶带附着力测试（3M #600）  

九、成本控制与环保

1. 金耗优化

   • 采用脉冲金工艺（降耗30%）

   • 废金水电解回收率＞95%

2. 废水处理

   • 氰化物破氰：次氯酸钠氧化（ORP＞300mV）

   • 镍离子沉淀：pH＞10.5生成Ni(OH)₂

终极建议：建立ENIG工艺失效模式库（含SEM图+能谱数据），持续优化参数。高可靠性产品必须执行IPC-4552B Class 3标准，并通过3次288℃回流焊模拟验证。工艺稳定的核心在于——精准控制化学平衡，而非依赖后道检验补救。