无氰置换镀金工艺的研究

前言

镀金层具有耐蚀、耐磨、接触电阻低、可焊性好,还可热键合等优良性能,广泛应用于电子产品,如PCB、陶瓷集成电路(“IC”)封装、“ITO”基体、IC卡及宇宙空间技术和尖端军事设备等表面精饰。镀金有电镀和化学镀两种方法。因化学镀具有不需通电、能在非金属表面施镀、镀层厚度均匀等特点,在电子产品中有很大的应用前景。

置换镀金为一种化学镀金工艺,通常分为氰化物镀金和无氰镀金。氰化物镀金具有镀液稳定、镀层性能优异等优点,是目前使用历史最早、应用最广的镀金技术。然而,氰化物镀金液中含有剧毒氰化物,影响操作人员安全,产生环境污染;而且此类镀金液都为强碱性,易侵蚀线路板阻焊膜等。随着环境保护要求的提高,对无氰镀金的要求越来越迫切。无氰镀金液虽得到广泛研究，但仍存在镀液稳定性差等问题。

本文选用Na3Au(SO3)2作为金源,以Na2SO3及Na2S2O3作配位剂,研究了Na2SO3及Na2S2O3对镀金液稳定性和镀金层性能的影响。并在此基础上,采用正交试验优化镀液,获得了相对较好的无氰置换镀金工艺。

1　试验

1.1　施镀工艺及基础配方

将15mm×20mm×0.25mm的T2紫铜片前处理后化学施镀。

工艺流程:

酸洗→微蚀→预浸→活化→化学镀镍→置换镀金

置换镀金液配方:Na3Au(SO3)2 2g/L,Na2SO3及Na2S2O3浓度在0.1～0.3mol/L变化,硼砂10g/L,pH=7.0，75℃。

1.2　测试方法

1.2.1　镀液稳定性测试

镀液加热至75℃,维持6h后,常温下放置1月。注意定时观察镀槽壁或底部是否有沉淀析出,若有析出,则表明镀液稳定性不达标。

1.2.2　镀金层厚度测量

采用德国Brukeraxs公司S4-Explorer型X射线荧光光谱仪(XRF)的多层膜体系,测定镀金层厚度。

1.2.3　镀层表面形貌

采用捷克Tescan VEGA Ⅱ型电子扫描显微镜(SEM)观测镀金层的表面形貌。

1.2.4　Ni/Au层结合力测试

采用美国3M胶带进行结合力测试。观察镀层是否掉金;若镀层掉金,则表明镀层结合力不好。

2　结果与讨论

2.1　配方组分对镀液及镀层性能的影响

2.1.1　配位剂

固定配位剂Na2SO3与Na2S2O3物质的量比为2∶1,Na3Au(SO3)2的质量浓度为2g/L。调整镀液中配位剂总浓度,以考察配位剂对镀速、镀液稳定性及镀层性能的影响。配位剂对施镀10min所得镀层厚度的影响,如图1所示。

由图1可知,置换镀金10min所得镀金层厚度随着配位剂浓度的增加呈减小趋势。镀液中金离子与配位剂之间存在配合平衡:

            　　　　　
      由(1)式可知,配位剂浓度增大,将有利于反应向生成金的配合物的方向进行,从而不利于金沉积,因此,在相同的时间内获得的镀层厚度减小。

配位剂对镀层外观、结合力及镀液稳定性的影响,如表1所示。由表1可知,所有镀层外观均为橙黄色,AuPNi间的结合力均合格。除配位剂浓度为0.075mol·L-1的镀液稳定性较差外,其余镀液均合格。由于配位剂与Au+形成配合物后具有稳定镀液的作用,故配位剂浓度增大,镀金液稳定性增大。