直接化学镀镍工艺方法对镍层表面形态的影响

     近年来，随着半导体输入端子数量的增加，基板向侧面端子的多腿化及信号线间距微细化的发展。多腿化的趋势使QFP(Quad Flat Package)构造盘间的节距狭小化制造的难度增加，特别是面阵列端子（面端子）化的需要，BGA(Ball Grid Array)构造的超小型化封装的开发。超小型化封装端子的表面处理的外部引出线需要增加适合的化学镀金/化学镀镍。化学镀金或电镀金的工艺方法比较而言，对于独立的电路图形上表面处理是适用的，镀层的厚度可以根据需要增加，这一点是非常有利的。

      通常铜导体图形是采用以次亚磷酸盐作还原剂化学镀镍，而铜与次亚磷酸氧化反应是没有催化活化行为的，这就需要采用钯作为催化剂。该工艺方法就是将基板浸入稀的钯溶液，当铜导体图形上浸有催化剂钯后，就可以实施化学镀镍的工艺程序。但是，对于超高密度配线的基板该工艺方法是否适用，还要看对钯催化剂的选择，因为当基板浸入催化溶液时，导体图形间的树脂上也会同时吸附，化学镀镍过程中会沉积在图形间的树脂上面，这样一来就会产生质量问题。

      这就需要解决选择性析出的技术问题，铜导体经过催化活化，采用还原剂为DMAB和稀的化学镀镍溶液，确认其选择性沉积是有效的。

      另外，经过化学镀镍＋金的电镀处理的基板，与电镀法镀出的镀层相比，其焊接强度就比较低。其主要原因是由镍粒子粒界被腐蚀变态，镍层中的富磷层形成以及锡-镍-磷合金层的形成。现在的问题是对镍层中含磷量的含有率控制，使过程中不会产生局部腐蚀，具有适用性的工艺对策是有效的。

      研究表明，化学镀镍层表面形态即析出形态，是受催化活化处理的影响而变化，因此也就会直接影响焊料的焊接强度。所以，提出使用钯催化活化而不选择镍的析出程序的有效性。

搅拌装置的设计

　　化学镀生产线上，镀液必须采用搅拌。化学镀液的搅拌方式分为气体搅拌、溶液搅拌、机械搅拌、超声波搅拌等。或者用上述主法的综合方式进行。一个好的搅拌装置应该在槽内形成一种溶液强制流动，使浸入式加热管和槽壁处的镀液流量尽可能地充足；使镀液中和槽底的固体微粒被冲向槽底出口管而被循环泵吸走；消除工件上的氢气泡，以便镀层均匀、光滑、无针孔。

　　（１）气体搅拌　采用工厂压缩空气站供气时，应经油水分离、过滤净化。采用无油、低压鼓风机作为空气源；鼓风机的气进口处于相对无尘，无挥发有机物污染的环境中，并且在进口处安装袋式或箱式除尘器。考虑到空气搅拌所引起的镀液热能和水分损失，一种理想的设计是压缩空气进入镀槽前，经过一个水蒸气饱和器，并将压缩空气加热至65-75度。

　　（２）液体搅拌　大流量泵送镀液搅拌可以消除气体搅拌源可能带来的污染问题，通过槽内定向喷嘴的排列和组合，可达到十分理想的搅拌效果。液体搅拌适用于镀层质量要求严格，光洁度高，针孔少的工件，如计算机硬盘的化学镀镍。这种搅拌方式用于复合化学镀镍，则有利于固体微粒的悬浮和分散。对于不适用空气搅拌的溶液，如含氨水的镀液，亦可采用液体搅拌。这种搅拌方式的缺点是成本较高。若使用不锈钢泵送镀液，则应考虑定期清洗、钝化等问题。

　　（３）工件搅拌　当工件尺寸精度和表面光洁要求苛刻，或者化学镀超厚层时，多采用工件搅拌方式。根据工件形状和工作面要求，工件搅拌可采用往复式、转动式。工件搅拌的缺点在于设备投资增大；特别是大型工件的卧式旋转搅拌，设计要求和造价都较高。

　　大批量小型工件的滚筒化学镀可以看成是工件搅拌方式的一种。滚镀应注意工件装载量不应超过滚筒容积的二分之一，操作时应留心溶液的带入污染和镀液的带出损失。

化学镀镍的温度

　　化学镀镍过程涉及的氧化还原反应需要热能，对于任何化学镀液都是如此而已，即在一定的温度下才能发生化学沉积反应。除少数低温、常温镀液外，大多数的化学镀液要在比较高的温度下进行，当然不同的镀液对温度的敏感程度也不尽相同。

　　按照化学动力学经验公式，化学镀镍沉积速度为镀液温度的指数函数；某些化学镀液温度升高1℃，沉积速度增加5%-7%。在较高温度下速度较快，但是通过升高温度去提高镀速是要有镀液分解或降低寿命的风险的。为了尽可能得到一个尽可能快又不伤害镀液的稳定性，每种镀液都一个操作温度范围，比如酸性的，以次磷酸钠为还原剂的镀液操作温度为88-92℃，在此范围内磷含量不会有超过1%的波动。

　　由此可见对化学镀镍操作温度的控制是十分重要的，实际操作时镀液温度控制在操作温度正负2℃范围内，应该尽可能让温度减少波动，我们在一些自动控制温度的生产线上，要定期对温控仪的温度传感器进行较正，以尽可能减少误差。另外，温度是与镀层的磷含量成反比的，越低的温度越有利于得到较高的磷含量，当然温度对磷含量的影响是比较小的。