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2.1.2 Na2SO3与Na2S2O3浓度
维持镀液中配位剂总浓度0.15mol·L-1不变,分别调整Na2SO3与Na2S2O3的浓度,以分析两种配位剂的配比对镀层厚度的影响,如图2所示。由图2可知,n(Na2SO3)/n(Na2S2O3)的值增大有利于镀金层厚度增加。原因可能是在Na2SO3-Na2S2O3为配位剂的镀金液中,二者均具有一定的还原作用,但亚硫酸盐的还原作用更为明显。该镀液中除置换反应外,还有还原反应发生,因而镀层厚度随亚硫酸根的浓度增大而增加。
镀金层及镀液性能随两种配位剂配比关系的变化,如表2所示。在所试验范围内,镀层外观、镀液稳定性均合格。但在n(Na2SO3)/n(Na2S2O3)为0.5时,胶带测试发现镀层有掉金现象。表明金镀层与镍基体间的附着性能不太好。因此,可推断在Na2SO3-Na2S2O3为配位剂的镀液中,Na2SO3为主要的配位剂,而Na2S2O3为辅助配位剂。 2.2 添加剂对镀液及镀层性能的影响 化学镀镍P置换镀金工艺广泛应用于印刷线路板的表面终饰。在化学镀镍P置换镀金工艺中,置换镀金易导致镍基体过度腐蚀;而过度腐蚀的镍面通常呈灰色或黑色,称为“黑盘”[8]。“黑盘”会导致后续元件的焊接失效,成为化学镀镍P置换镀金工艺应用的瓶颈。减小镀金时对镍基体的腐蚀可以有效减轻黑盘现象,从而提高Ni/Au间附着力。研究表明,在镀液中加入聚乙烯亚胺可减缓置换镀金初始时的沉积速率,从而减轻对镍层的腐蚀[9]。因此,本文在置换镀金配方基础上,优选了一种胺类添加剂。此添加剂对沉积速率、镀层性能、镀液稳定性的影响,分别如表3和图3所示。
由表3可知,镀液中加入添加剂对镀层外观、Au/Ni间附着力、镀液稳定性均无不利影响。
由图3可知,施镀10min,随添加剂的质量浓度升高,镀层厚度降低;施镀30min,添加剂的质量浓度变化对镀层厚度基本无影响。这说明选择的添加剂起到了减缓置换镀金初始时沉积速率的目的。 2.3 正交试验 根据上述试验结果,确定Na3Au(SO3)2 2g/L,Na2S2O3 0.1mol/L,硼砂10g/L。以Na2SO3的浓度、添加剂的质量浓度、镀液pH值及温度为因素,设计4因素3水平正交试验,优化置换镀金工艺。优选的置换镀金液配方及工艺条件:
对优选方案施镀10min,所得试片镀金层厚度平均为0.041 1μm,均具有橙黄色光亮外观;附着力测试均合格,镀液稳定性合格。 将优选方案未加添加剂以及按优选方案配制镀金液,进行对比。两种镀液所得试片剥金后的SEM照片,见图4所示。如图4可见,未加添加剂的试片剥金后镍面晶界腐蚀明显;而加了添加剂后晶界腐蚀明显减轻。说明添加剂有效减缓置换镀金初始时对镍面腐蚀的作用。
3 结论 研究获得的无氰置换镀金液接近中性,具有良好的稳定性;镀金层外观良好,Ni/Au间附着力合格。加入添加剂后能够减缓置换镀金初始阶段对镍层的腐蚀,从而在理论上降低“黑盘”的发生,适合在印刷线路板表面终饰工艺中使用。 |
