前言
化学镀镇/置换镀金 (ENIG) 层具有耐蚀性、导 电性、可焊性好的优点，被广泛应用于各类印刷线路 板(PCB) 的表面处理[1-2] 。在对 PCB 进行化学镀镍/置换镀金前，一般需要对其进行多种镀前处理 (如酸洗、微刻蚀、活化等)，以除去其表面的油污、氧 化物，获得适合镀覆的基体。ENIG 工艺复杂，流程 长，影响其镀层性能的因素较多[叫。
在研究了前处理工艺对镀层性能影响的基础 上[6] ，本文以前期实验所确定的中磷酸性化学镀镇 和亚硫酸盐镀金体系作为化学镀镇和置换镀金 液[叫，系统分析了 ENIG 各工艺参数(如温度、pH 值、沉积时间等〉的变化对 PCB 表面化学镀锦/置换 镀金层性能的影响，并优化了 ENIG 工艺，获得了性 能良好的锦/金镀层。
1 实验
1.1 ENIG 工艺流程及基本工艺
选用 PCB 及纯铜试片作基体，对其先进行酸 洗、微刻蚀、活化等基本前处理工序，而后进行化学镀镇、置换镀金。其基本工艺流程为:酸洗一→微刻 蚀一→预浸一→活化一→化学镀镇一→置换镀金一→吹干，各步骤之间需要 23 道水洗。需加热的 前处理工序及化学镀镇和置换镀金工艺均在玻璃镀 槽中进行，采用恒温水浴控制操作温度。
化学镀镰液的基本组成及工艺参数为:硫酸锦27 g/L，次磷酸铀 29 g/L，乳酸 20 mL/ L，DL 苹果酸12 g/L，稳定剂适量，pH 值 4. 65. 2 ，8592 oc 。 置换镀金液的基本组成及工艺参数为:亚硫酸金铀 2 g/L，亚硫酸铀 40 g/ L，硫代硫酸铀 16 g/ L.跚砂 10 g/L，添加剂适量，pH 值 6. 0 7. 0 ，75 85 oc 。
1.2 测试方法
1.2.1 试样外观及表面微观形貌
分别采用 MX-5040RZ 型体视显微镜、TESCAN VEGA II 型电子扫描显微镜及 Picoscan2100 型原子力显微镜观察化学镀镰层及置换镀金 层的表面形貌。
1.2.2 试样结合力测试
采用美国 3M Scotch 600 型胶带进行结合力测试。将胶带在试片上压牢，然后以垂直于试片表面 的方向以一定的速率将胶带剥离，观察镀层是否掉金;若镀层掉金，则表明镀层结合力不合格。
1.2.3 试样 S02 暴露测试
采用 S02 暴露实验(GB 12305.2-90) 检测镀金层的均匀性。在 10 L 玻璃干燥器中先后加入 200ml 200g/Ld 硫代硫酸钠溶液及100ml(1+1)稀硫酸;而后把镀金试片放入容器内的支架上，立即关 闭容器，并轻轻摇动，使溶液充分混合，反应生成S02 气体。试片放置与液面距离不小于 75 mm ，与
容器内壁距离不小于 25 mm。实验 24 h 后取出试 片，观察试片表面变化。
2 结果与讨论
2.1 化学镀镇工艺参数的影晌 在化学镀镰/置换镀金复合镀层中，镀金层较薄，底部化学镀镰层的性能对镀金层往往具有较大 的影响。本文分析了化学镀镇液的温度、pH 值及 镀后的空停时间对复合镀层性能的影响。
2.1.1 温度
化学镀镇液的温度变化对 PCB 外观及镰/金镀 层间的结合力的影响，如图 1，表 1 所示，其中置换镀金液的温度为 80 "C，沉积时间为 10 min。由图 1及表 1 可知:在 85 92 oC 范围内进行化学镀镇，PCB 表面锦/金镀层沉积均匀，无漏镀、渗镀现象， 镀层间的结合力均合格。
2.1.2 pH 值
化学镀锦液的 pH 值变化对 PCB 外观及镰/金镀层间的结合力的影响，如图 2 ，表 2 所示。由图 2 可知:只有在 pH 值为 4.6 时出现漏镀现象，其余镀 层均匀，无漏镀现象。由表 2 可知:当 pH 值为5. 4 时，软板上有局部掉金现象，其余锦/金镀层间的结 合力均合格。镀镇液的 pH 值过低，其活性较低， PCB 细小铜线路处易漏镀镇，导致金漏镀 ;pH 值过 高，镀镇液活性高，沉积速率过快，形成的镰镀层较 疏松，后续进行置换镀金时，所得镇/金镀层间的结合力不好。
以上实验结果表明:对 PCB 进行化学镀镰/置 换镀金时，控制化学镀镰液的温度在 85 92 oC ，pH 值在 5. 0 5. 2 范围内，可获得性能良好的镰/金镀 层。
2. 1.3 化学镀镰后的空停时间
化学镀镰后，试片表面通常有少量镀液残留，其仍有可能在试片表面进行化学反应。由于此时试片 表面温度、pH 值及成分均处于不可控状态，影响化学镀镰层的耐蚀性及外观，因而通常需要进行 2 3道水洗，以清除试片表面残留的镀液。为了分析残 留镀液对镀层表面的影响，考察了化学镀镇后、水洗 之前不同空停时间对镀层表面形貌的影响，实验结 果，如图 3 所示。由图 3 可知:化学镀锦后停留 30 s 后水洗，镀层呈瘤状结构，表面光滑;化学镀锦后停 留 6 min 后再水洗，镀层表面局部区域有腐蚀纹。 表明试片表面的残留镀液能够对镀层造成一定的腐 蚀。因此，为了获得性能良好的镰/金镀层，化学镀 锦后需尽快水洗。
2.2 置换镀金工艺参数的影晌
2.2.1 温度
置换镀金液的温度变化对 PCB 外观及镰/金镀 层间的结合力的影响，如图 4，表 3 所示，其中化学 镀镰液的温度为88 oc ，沉积时间为 10 min。由图 4 及表 3 可知:在 7585 oc范围内进行置换镀金，所 得镀层外观良好，沉积均匀，无漏镀、渗镀现象，镀层 间的结合力均合格。
2.2.2时间
置换镀金的时间变化对 PCB 外观及锦/金镀层 间的结合力的影响，如图 5，表 4 所示。由图 5 及表4 可知:镀金 10 30 min 时，所得镀层外观良好，沉 积均匀，镰/金镀层间的结合力均合格。因为亚硫酸盐镀金体系沉积机理主要为镰基体催化镀，在置换镀金过程中，对锦基体的腐蚀较轻。因而，沉积时间 较长时，仍可获得性能良好的镇/金镀层。
根据以上结果，选择亚硫酸盐镀金体系时，控制 镀液温度为 75 85 OC ，镀金时间为 10 30 min 范 围内，可获得性能良好的镰/金镀层。
2.3 化学镀镇/置换镀金层性能研究
采用上述优选的工艺在 PCB 表面化学镀镰/置换镀金，并分析了所得镰/金镀层的性能。所得试片 的外观形貌，如图6，由图 6 可知:镇/金镀层 外观良好，沉积均匀，无漏镀、渗镀现象。
2.3.1 表面微观形貌
优化工艺所得化学镀锦层、置换镀金层的表面微观形貌，如图 7 所示。由国 7 可知:化学镀镰层表 面光滑、均匀，呈瘤状结构;置换镀金层为带有小麻 点的瘤状结构。
2.3.2 S02 暴露实验
采用 S02 暴露实验检测化学镀镰/置换镀金层 的耐蚀性能。为了对比，与其他置换镀金工艺所得镀金层一同进行耐 S02 腐蚀实验，腐蚀前、后试片 外观，如图 8 所示。由图 8 可知 z 腐蚀前试片外观为 均匀金黄色外观，无明显缺陷;经 S02 腐蚀气氛暴露 24 h 后，其他镀金工艺所得试片表面有大量褐色斑点。而优化镀金工艺所得试片表面仅有少量的褐 色斑点，表明优选工艺所得镀金层耐 S02 腐蚀能力明显增强。
2.3.3 化学镀镇/置换镀金层可焊性
将经优选工艺处理后的 PCB 漫入熔融后的锡-铅焊料中 13 s，而后迅速取出，观测 PCB 细小 焊点处的上锡率。结果表明:所测镀层能均匀附着 锡-铅焊料，镰/金镀层可焊性良好。焊接前、后化学 镀锦/置换镀金层断面结构的微观形貌，如图 9 所 示。焊接前铜/镇/金界面清晰可见，如图以a) 所 示;焊接后，金层消失，锦层与焊料形成金属间化合 物，从而焊接牢固，如图以b)所示。
3 结论
本文系统分析了 PCB 表面化学镀镇和置换镀 金各工艺参数对镇/金镀层性能的影响。结果表明: 化学镀镇工艺参数对镀层性能产生较大影响，而镀 金工艺参数在较宽的范围内都能达到要求。通过实 验得到了优化后的化学镀镰/置换镀金工艺参数为:
化学镀镇液的温度在 85-92 .C ，pH 值在5.0-5.2范围内，亚硫酸盐镀金液的温度在 75-85 .C ，pH值在 6.0-7.0 ，镀金时间在 10-30 min 范围内，可 获得性能良好的锦/金镀层。
