印制线路板在图形制作完成后，由于在其上安装分立元件并进行焊接的需要，对线路要进行可焊性镀层的镀覆，但是由于线路之间并不是全部完全导通的，用电镀法不可能在线路板上全部镀出镀层，这时只能采用浸镀(化学镀)的方法，而已经制成的线路板尤其是安装有分立元件的线路板不可能再在化学液中浸泡，这时就得采用热浸锡的方法。
热风整平焊料涂覆工艺简称热风整平。就是把印制板浸入熔融的锡焊料中，然后通过两个风刀(高压热空气)之间，用热的压缩空气将板面上和金属化内多余的焊料吹掉，得到平滑、光亮、厚度均匀的焊料涂覆层。实际上是把浸焊和热风整平二者结合起来，在印制板金属化孔内和印制板导线上涂覆低共熔金属焊料的工艺。
由于热风整平对于薄形板或微型板有容易造成变形等缺点，且资源和能耗也较大，现在有采用其他化学镀的方法来取代热风整平的趋势。
自20世纪60年代以来，热风整平作为PCB的表面处理技术已经获得了广泛的应用，至今仍是PCB后处理的主流，但是它的缺点也是显而易见的。要想保持持久的可焊性，就要在熔融的锡中加入有毒的铅。这不仅使生产环境恶化，能源和原料的浪费也很大，而且不适合于对微细孔板进行加工。随着电子产品越来越小型化，作为微细线路和微电子器件载体的印制线路板也日趋小型化，其线径和线间距也越来越小，采用热风整平在这类小型化的线路板上热镀锡铅是不行的。
有统计显示，现在的印制线路板中，60％还在采用热风整平工艺，但是它不仅已经不能适应新一代印制线路板制造的需要，也不能达到环境保护的要求，面临着工艺更新换代的挑战。考虑到大量的印制线路板仍将对焊接性能有严格的要求，同时还有降低成本方面的需要，化学镀锡或者锡合金将是一个很有工业价值的替代热风整平的工艺。虽然已经有商业的用于印制线路板的化学镀锡产品问世，但要在广泛的范围推广和使用化学镀锡工艺，还需要进一步提高这一工艺技术对各种加工需要的适应性和本身的技术性能。
目前可以用来取代热风整平的有化学防氧化技术、化学镀镍／金技术、化学镀锡技术、电镀锡技术等。分述如下。
(1)化学防氧化技术
化学防氧化技术是在铜层表面形成均匀的隔绝氧化介质而又有助于焊接性的有机膜。这一技术的优点是简便易行，但可靠性不够理想。对要求高的精密PCB产品不合适。
对于一些消费性电子产品的印制线路板，成本低是其最主要的要求，并且在装配后就不再有多次焊接的需要，这时，对制成的线路板镀覆锡镀层等显然是不合算的。作为一种替代工艺，可以采用对印刷线路进行化学防氧化处理，以防止铜线路在存放过程中氧化而不易焊接。
商品化的这类产品是防铜变色剂，也有叫抗氧化剂的。一般含有金属钝化剂、成膜物质和表面活性剂。经过它的处理后，铜线路表面有了一层均匀的抗氧化膜，在以后的装配焊接中容易与焊锡保持良好的结合力。在进行化学防氧化处理以前，要对印制线路板进行认真的除油、活化等处理，以使待处理的线路表面处于活性状态，获得合格的抗氧化膜层。
另一种工艺是采用有机保护膜层。考虑到所要求的焊接性能，这种膜同时具有助焊性，简称0SP技术(organic solderability preservative)。这种膜的成分中通常含有BTA、咪唑等缓蚀剂，成膜剂和稳定剂。
进行化学处理的线路板在图形制作完成后，经表面去油、微蚀、充分清洗方可进入涂膜工序。
典型的工艺流程如下：酸性除油一水洗一微蚀一水洗一活化(5％H2S04)一水洗一纯水洗一助焊保护膜一纯水洗一干燥(60～80℃)。
目前这种工艺由于稳定性差(pH值的变化、镀液的污染等)，且不能保证多次反复焊接的可靠性，还不能在要求高的印制线路板上采用，但如果开发出新的高效、高性能化学处理工艺，还是很有潜力的。
(2)化学镀镍金
由于高密度线路板和多层、盲孔等结构的出现，使热风整平在新型线路板上根本就无用武之地，同时芯片引线材料的轻金属和贵金属化对线路板的最后镀覆要求进一步提高。适应这种变化的是化学镀镍金技术的出现。化学镀镍金是取代热风整平而用于精细印制板的最可靠技术。它是在完成的PCB上先化学镀镍，再化学镀金，从而获得外观和物理性能都好的表面处理层。与电镀镍金相比，化学镀镍金有良好的分散能力，可以在任何部位获得均匀一致的镀层，同时不受图形是否互连的影响，是现代微电子技术中重要的镀覆工艺。
化学镀的明显优点是分散能力好，无论是孔内、孔外还是通孔、盲孔，所有部位都可以获得均匀的镀层，同时镀层平整、光洁。对化学镀镍和化学镀金而言，与铝基导线或金丝导线都可以有良好的焊接，并且抗变色性能好，可以适应多次焊接的要求。
在化学镀镍金工艺中，化学镀镍是作为金与铜基体之间的阻挡层而起作用的，以防止生成金与铜的金属间化合物而导致表面性能变化。化学镀镍的厚度在3～5μm，含磷6％～l0％，无磁性。化学镀金分为两种，一种是浸金，也叫置换金、薄金，其厚度只有0．1μm左右。另一种是化学镀金，采用了还原剂，可以沉积出较厚的镀金层，厚度在1μm左右，但它需要在浸金的基底上施镀。
典型的化学镀镍／金的工艺流程如下：酸性除油一水洗一微蚀一水洗一预浸一活化一水洗一后浸一水洗一化学镍一水洗一纯水洗一浸金一水洗一纯水洗一化学镀厚金一水洗一热纯水洗一干燥。
适合印制线路板的化学镀镍应该是延展性好的，且以酸性镀液为好，镀液的温度在70℃左右为宜。活化是本工艺中的重要工序，否则不能引发自催化过程。现在商业化的活化液中的Pd2+含量只有lOmg／kg。由于自配的化学镀镍液诸多参数不能很好地控制，所以大部分印制线路板制造商都采用商业化学镀镍液，以保证其产品的质量。
化学浸金是利用金和镍的电位差将金从镀液中置换到镍层表面的过程。金的标准电位为l．68V，而镍的标准电位只有-0．25V，二者电位相差很大，初始反应速度很快，当表面镍层全部被覆盖后，反应就会停止。
化学镀厚金虽然称为厚金，其实金层的厚度最多不过2μm，一般只有0．5～1．0μm。所用的还原剂也是以次亚磷酸钠为主。金盐以氰化金钾的方式加入，其浓度在0．5～1．59／L，所需的镀覆时间比化学浸金的时间要长。
影响化学镀镍金完全取代热风整平的原因是成本高和工艺过于复杂，从化学镀镍到化学浸金、化学镀金都要在比较高的工艺温度下进行，并且化学镀镍在铜基体上只有经过钯活化后才能沉积，增加了操作难度和成本。只有那些附加值高的产品才会采用这种工艺。当然这一工艺技术的改进工作仍在进行中，降低其成本是最主要的课题。
(3)化学镀银和化学镀钯
化学镀银是介于化学膜和化学镍金之间的一种替代工艺，其导电性和焊接性能都比化学膜要好，但是抗变色性能差和不能获得厚的镀层是其根本的弱点。新一代印制线路板对连接方面的要求使其可以作为化学镍金的替代镀层而有一定的应用。
化学镀钯在微电子封装中已经得到广泛应用，这主要是因为金属钯具有良好的抗变色性能和化学稳定性，可以较长时间存放而不影响其焊接性能，但是它和化学镍金相似的是工艺过程控制比较麻烦，至于成本，可能也是一个值得考虑的因素，但有人认为其成本比镀金、银还要低。
化学镀银工艺如下。
①置换镀
这是在铜上获得极薄银层的置换法。
②环保型
这是相对氰化物法的无氰化学镀银，是环保型工艺。
③化学镀
④二液法
A液：
B液：
在配制A液时要注意：在蒸馏水中溶解硝酸银后，要用滴加法加入氨水，先会产生棕色沉淀，继续滴加氨水直至溶液变透明。
在配制B液时，要先将葡萄糖和酒石酸溶于适量水中，煮沸lOmin，冷却后再加入乙醇。使用前将A液和B液按l：1的比例混合，即成为化学镀银液。
(4)化学镀锡
由于锡具有优良的焊接性能，使其成为电子产品装配过程中不可缺少的钎焊金属材料，尤其在印制线路板行业，锡的用量是很大的，仅次于铜的用量。电镀锡铅合金一直是这个行业不可或缺的镀种，热风整平所用的热镀锡也是锡铅合金，现在随着禁止使用铅的法规的实施，纯锡电镀已开始大行其道，热风整平是否要改用锡或锡银铜合金，也是很快就会有所结论。这些使得锡的用量进一步增长，也使得开发替代工艺成为一个引人注目的课题。在所有替代热风整平的工艺中，化学镀锡是最有竞争力的技术。事实上一些先进技术国家的印制线路板制作过程中，已经用上了化学镀锡。据说CIMATEC公司早在1995年就把其化学浸锡技术引入了市场，除了在客户处拥有十几条水平、垂直生产线外，还自己设加工线为对引入这一技术存有疑惑的客户加工[2]。新一代化学镀锡的商品也已经问世。
不过目前应用的化学镀锡严格地说只能称为化学浸锡或置换镀锡，其厚度难以达到期望的要求，但是不少推出这一技术的供应商都以详细的报告说明只要镀锡层的厚度在0．5～1．2μm范围，就足以应付使用。
解决化学镀锡层厚度问题的根本出路是研制出有还原作用的自催化性化学镀锡，但是用于铜和镍的自催化还原剂如次亚磷酸钠、硼氢化钠、肼、甲醛、二烷基胺硼烷等至今都被证实为不能还原锡。已经有的关于还原型化学镀锡的各种方案，如以钛的变价化合物作为还原剂、利用歧化反应还原锡等大都只是小规模研制，不具备大生产的市场价值[3}。也有关于开发出可获得厚化学镀锡技术的报道，采用了次亚磷酸盐作还原剂，但开发者自己也认为不能确定次亚磷酸钠是实现锡连续自催化沉积过程的还原剂[4]。这里关键是可获得较厚的化学镀锡层，以保证其抗氧化能力和实现可反复焊接。当有办法提高化学镀锡层的抗氧化性能时，镀层的厚度就确实不是重要的参数。实际上影响其焊接性能的主要是锡表面的氧化层，如果可以延缓锡层的氧化，比如通过后处理来做到这一点的话，化学镀锡的可行性就大大提高。在实际应用中，为提高镀锡层的致密性和增加其厚度，采用了二次化学浸锡工艺，其典型的工艺流程如下；印制线路板表面清洗一水洗一化学粗化一水洗一活化一一次化学锡一水洗一二次化学锡一水洗一热水洗一干燥。
其中一次化学锡的时间为1～3min，第二次的时间根据镀液状况由2min至lOmin均可，但随着时间的延长，其镀层的光亮度明显下降。如何在增厚的同时保持镀层的光亮性仍是一个重要的课题。
以下提供可试用的化学锡的若干工艺配方，严格说来不能叫做化学镀，只是置换镀。但从广义的角度，凡是从化学溶液中获得镀层的表面处理工艺，都称为化学镀。以下是化学镀锡的几个工艺配方。
①
②
③
本工艺析出速度很慢，但可以获得光泽性较好的镀层。需要注意的是锡在电镀过程中容易呈现海绵状镀层，需要加入添加剂来加以抑制。化学镀锡也有同样的问题。同时沉积过程受温度影响也比较大。采用硫脲的化学镀锡温度不宜过高，在添加了阴离子表面活性剂的场合，温度可以适当提高。
铜杂质在镀液中是有害的，由于铜离子的还原电位比锡高得多，将阻碍锡的还原。可以通以小电流加以电解，使铜在阴极析出除掉，然后再补加锡盐。
(5)化学镀锡合金
提高化学镀锡抗氧化性能的一个思路是开发化学镀锡合金工艺。这个课题的意义不仅仅在于提高其抗氧化能力，而且还在于对纯锡存在容易长锡须的担心。对于微细线路来说，极短的锡须会引起短路。这种担心也反映在电镀纯锡工艺的应用上，所以有很多关于电镀锡合金的新工艺出现，当然不是锡铅合金，而是锡银、锡铜、锡锌、锡铋等。
尽管有纯锡并不是长锡须的必要条件的说法，但锡合金不长锡须则是已经被认定了的，所以开发锡合金仍然很有吸引力。化学浸锡铜合金已经在其他行业有所应用，比如线材加工业和小五金装饰业。也有适合印制线路板用的化学镀锡铅的报道[5]，是在氟硼酸锡和氟硼酸铅溶液里采用化学置换获得钎焊性镀层的方法，据说调整其组成最高可获得15μm的镀层。还有关于化学镀镍锡合金的报道，但由于是碱性镀液，并且工作温度高达90℃，因而不适合用于印制线路板。
①化学镀铜锡合金
这实际上是置换法获得的镀层，因此只能在比锡电位负的如钢铁、镍等材料上沉积。
②化学镀铜锌合金
这也是置换型镀液，工作中要充分搅拌。
随着新的表面化学原材料和中间体材料的开发，一些以前不可能实现的过程在一定条件下可以实现，某些不可控的反应将变得可以控制，这将为开发新的化学镀锡合金技术提供支持。
(6)其他化学镀
随着印制板的小型化和多功能化发展，作为取代热风整平的技术储备，还有一些化学镀工艺是可供选择的，以下也作简要介绍。
①化学镀钴。化学镀钴是随着电脑对磁记录材料的需求而发展起来的。其反应的机理与化学镀镍相似，只是由于其电位比镍负而沉积更慢。在化学镀钴溶液中，钴离子被还原为金属钴，其化学反应如下：
Co2++H2PO2-+30H-一一Co+HPO32-+2H20
H2PO2-+H20—HPO3-+2H++2e
由于反应中有氢析出，会使pH值有所变化，同时还要消耗一部分还原剂，所 以要保持镀液pH值的缓冲性能以提高稳定性。
虽然提高温度对反应加速有利，但是还是保持在90℃为宜，过高会加速镀液的蒸发。杂质对镀液的影响也很大，要防止氰化物混入。其他金属离子例如铜、锌、镁、铁、铝等也是有害的。
如果要在非金属表面沉积，只能用钯做活化剂化学镀钴：
化学镀镍钴合金：
②化学镀铬。化学镀铬之所以有一定价值是因为它比起电镀铬有好得多的分 散能力。尽管镀铬将受到越来越严格的限制，但要完全取消镀铬还是要有一个较长的过程，并要有可靠的替代技术出现。
采用化学法获得的铬层是无光和灰色的，需要借助抛光才能获得光亮性。化学镀铬可以在金属上沉积，也可以在化学镀镍上沉积，其配方与工艺如下：
化学镀铬的反应启动要借助原电池原理的接触启动电流。也就是在进行化学镀时，装入了被镀产品后，要用另一种与基体不同电位的金属与之接触，以触发化学反应。另一种金属的电位要低于被镀金属。这一过程也被叫做接触镀(contactprocess)。
配制化学镀铬必须用60℃以上的热水来溶解氟化铬，再加到规定的液量并溶入氯化铬和柠檬酸钠等。最后加入次亚磷酸钠。用冰醋酸或氢氧化钠调pH值至8～10之间。反应中消耗最快的是次亚磷酸钠，要经常少量加入。
如果用接触法启动不了镀覆过程，则有可能是氯化铬过量，调整后现试镀。
(7)化学镀合金
用化学还原法获得合金镀层虽然存在一些限定条件，但是却是完全可以实现的。能够构成合金的成分与其标准的电极电位有关，也和它们对还原反应的催化性能有关，同时也与所采用的还原剂的性质有关。具有自催化性质的金属能构成的合金的含量可以在O～100％范围变化。镍和钻是这方面最为典型的例子。
①镍钴合金。用酒石酸盐做络合剂，用肼做还原剂，可以得到镍钻合金镀层：
主盐中两种金属盐的比例决定合金镀层比例，当其比值为1：1时，钴的含量约为65％，其沉积速度为3μm／h。
②镍铁合金
这个工艺的沉积速度为9μm／h，其中铁的含量为20%，磷的含量约0．25％～0．5％。
③镍铜合金
这个配方不看最后列入的氯化铜，很像是用于ABS塑料电镀的低温型镀镍液，但是加入铜盐以后，就成了镍铜合金镀液。别看铜盐的添加量很小，只有镍盐的1／20，但其在镀层中的含量可达22％，磷的含量也达到了5％～7％，温度却提高了许多，沉积速度则为l2μm／h。
④镍锌合金
从这个镀液里可以得到含锌l5％的镍锌合金。
⑤镍锡合金
这个配方基本上是将镍锌中的锌盐换成四价锡盐，但是镀层中锡的含量却少得多，只有2％左右。
⑥
镀层中的含铁量随着铁盐含量的增加而增加，最高可达45％。含磷量在5％左右。沉积速度为10μm／h。
⑦钴锌磷合金
镀层中的锌含量和磷含量都在4％左右。
⑧钴铜磷合金
镀层中合金成分的变化主要由铜盐的添加量看出，当铜盐从0～1．2g／L变化时，镀层中铜的含量也从0～23％变化。含磷量则基本上稳定在2％～3％。镀液的沉积速度为5μm／h。
|
