化镍金之腐蚀
镍腐蚀的影响因素与改善方法探讨
镍腐蚀的影响因素与改善方法探讨孟昭光【摘要】镍腐蚀是指发生在化学镍金的化镍、沉金过程中发生的金对镍的攻击过度造成局部位置或整体位置镍腐蚀的现象，严重者则导致“黑盘”的出现，严重影响PCB的可靠性。
报告通过评估分析镍腐蚀影响的因素，提出相应的改善方法，改善流程的稳定性。
%Nickel corrosion is occurring in the chemical nickel gold ofen in the process of nickel, heavy gold to nickel against excessive partial or whole location nickel corrosion phenomenon. In serious conditions, it will lead to the emergence of the "black PAD", the serious infiuence on the reliability of the PCB. This report assessed through the analysis of the influence of nickel corrosion factors, put forward the corresponding improvement method, and improved the stability of the process.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】5页(P32-36)【关键词】镍腐蚀;化镍;浸金;磷含量;NO3-离子;CI-离子;Cu2+离子【作者】孟昭光【作者单位】东莞五株电子科技有限公司，广东东莞 523290【正文语种】中文【中图分类】TN41沉金表面处理原理是镍溶解与金沉积同时发生化学置换反应，如果镍层结晶太快，镍层晶格大，晶格间的空隙就多而大，在金缸中进行金沉积时，对其攻击就严重；另外，当Ni层界面被金层密封而无镍可溶时，则金层的沉积亦将停止，但由于金层疏孔极多，在并不密实的结构下镍层仍可缓慢进行反应，金水继续攻击镍层，造成局部镍层表面及镍层结晶沟壑中过度氧化，沉上金层后，金层与镍层之间产生的一些氧化物，继续恶化之后形成黑垫；焊接时，镍层表面黑垫无法与焊料形成良好的IMC（界面合金共化物），从而使焊点强度低，造成虚焊或上锡不良。
不同表面处理类型(镀镍金、化镍金、镍钯金-OSP)项目对比表
电镀镍金
不同镀层种类项目对比
化学镀镍金
化学镀镍钯金
华 远 电 OSP
定义
在金属铜上通过电流的作用电镀上镍、 金镀层
化学镍金是通过化学反应在铜的表面置 换钯再在钯核的基础上化学镀上一层镍 磷合金层，然后再通过置换反应在镍的 表面镀上一层金
化学镍钯金是通过化学反应在铜的表面 置换钯再在钯核的基础上化学镀上一层 镍磷合金层，然后在镍层上通过氧化还 原生成一层钯层，再通过置换反应在钯 （透过钯层的微小缝隙与镍层发生置换 反应）的表面镀上一层金
1、制程简单，药水易于管理；
3、可以设计更小的焊盘，在原有的面 积上增加更多的布线区域；
2、生产效率高；
4、钯层既保护了镍层，也为金线互熔 3、焊盘平整度好；
提供了基础，在较薄的金镀层也可以获
4、和焊盘之间无IMC层，锡层直接和 铜进行焊接，具有很高的可靠性，结合
得很好的绑线效果； 5、保存有效期较长；
③化金原理： 亚金离子与镍层发现置换反应： Ni+2Au+=Ni2++2Au
这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐 湿性，用以保护铜表面于常态环境中不 再继续生锈（氧化或硫化等）；但在后 续的焊接高温中，此种保护膜又必须很 容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使 露出的干净铜表面得以在极短的时间内 与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。
①化镍原理： 步骤1：H2P02- + H2O = H2PO3+2H++2e-，脱氢析出电子 步骤2：H2PO2-+mNi2++（2m+1）e=NimP+2OH-
②镀金原理：
阴极：Au+ + e- →Au，Au+来源于添加 ②化金原理：
化学镍金
1、前言在一个印制电路板的制造工艺流程中，产品最终之表面可焊性处理，对最终产品的装配和使用起着至关重要的作用。
综观当今国内外，针对印制电路板最终表面可焊性涂覆表面处理的方式，主要包括以下几种：Electroless Nickel and Immersion Gold（1）热风整平；（2）有机可焊性保护剂；（3）化学沉镍浸金；（4）化学镀银；（5）化学浸锡；（6）锡/ 铅再流化处理；（7）电镀镍金；（8）化学沉钯。
其中，热风整平是自阻焊膜于裸铜板上进行制作之制造工艺（SMOBC）采用以来，迄今为止使用最为广泛的成品印制电路板最终表面可焊性涂覆处理方式。
对一个装配者来说，也许最重要的是容易进行元器件的集成。
任何新印制电路板表面可焊性处理方式应当能担当N次插拔之重任。
除了集成容易之外，装配者对待处理印制电路板的表面平坦性也非常敏感。
与热风整平制程所加工焊垫之较恶劣平坦度有关的漏印数量，是改变此种表面可焊性涂覆处理方式的原因之一。
镀镍/金早在70年代就应用在印制板上。
电镀镍/金特别是闪镀金、镀厚金、插头镀耐磨的Au-Co 、Au-Ni等合金至今仍一直在带按键通讯设备、压焊的印制板上应用着。
但它需要“工艺导线”达到互连，受高密度印制板SMT安装限制。
90年代，由于化学镀镍/金技术的突破，加上印制板要求导线微细化、小孔径化等，而化学镀镍/金，它具有镀层平坦、接触电阻低、可焊性好，且有一定耐磨等优点，特别适合打线（Wire Bonding）工艺的印制板，成为不可缺少的镀层。
但化学镀镍/金有工序多、返工困难、生产效率低、成本高、废液难处理等缺点。
铜面有机防氧化膜处理技术，是采用一种铜面有机保焊剂在印制板表面形成之涂层与表面金属铜产生络合反应，形成有机物-金属键，使铜面生成耐热、可焊、抗氧化之保护层。
目前，其在印制板表面涂层也占有一席之地，但此保护膜薄易划伤，又不导电，且存在下道测试检验困难等缺点。
目前，随着环境保护意识的增强，印制板也朝着三无产品（无铅、无溴、无氯）的方向迈进，今后采用化学浸锡表面涂覆技术的厂家会越来越多，因其具有优良的多重焊接性、很高的表面平整度、较低的热应力、简易的制程、较好的操作安全性和较低的维护费。
化学镀镍-金 可焊性控制讲解学习
化学镀镍/金可焊性控制（时间:2006-5-18 11:34:36 共有 874 人次浏览） [信息来源:电子生产设备网信息中心]1 金层厚度对可焊性和腐蚀的影响在化学镀镍/金上，不管是施行锡膏熔焊或随后的波峰焊，由于金层很薄，在高温接触的一瞬间，金迅速与锡形成“界面合金共化物”（如AuSn、AuSn2 、AuSn 3等）而熔入锡中。
故所形成的焊点，实际上是着落在镍表面上，并形成良好的Ni-Sn合金共化物Ni3Sn4，而表现固着强度。
换言之，焊接是发生在镍面上，金层只是为了保护镍面，防止其钝化（氧化）。
因此，若金层太厚，会使进入焊锡的金量增多，一旦超过3%，焊点将变脆性反而降低其粘接强度。
据资料报导，当浸镀金层厚度达0.1μm时，没有或很少有选择性腐蚀；金层厚度达0.2μm时，镍层发生腐蚀；当金层厚度超过0.3μm时，镍层里发生强烈的不可控制的腐蚀。
2 镍层中磷含量的影响化学镀镍层的品质决定于磷含量的大小。
磷含量较高时，可焊性好，同时其抗蚀性也好，一般可控制在7~9%。
当镍面镀金后，因Ni-Au层Au层薄、疏松、孔隙多，在潮湿的空气中，Ni为负极，Au为正极，由于电子迁移产生化学电池式腐蚀，又称焦凡尼式腐蚀，造成镍面氧化生锈。
严重时，还会在第二次波峰焊之后发生潜伏在内的黑色镍锈，导致可焊性劣化与焊点强度不足。
原因是Au面上的助焊剂或酸类物质通过孔隙渗入镍层。
如果此时镍层中磷含量适当（最佳7%），情况会改善。
3 镍槽液老化的影响镍槽反应副产物磷酸钠（根）造成槽液“老化”，污染溶液。
镍层中磷含量也随之升高。
老化的槽液中，阻焊膜渗出的有机物量增高，沉积速度减慢，镀层可焊性变坏。
这就需要更换槽液，一般在金属追加量达4~5MTO 时，应更换。
4 PH值的影响过高的PH，使镀层中磷含量下降，镀层抗蚀性不良，焊接性变坏。
对于安美特公司之Aurotech （酸性）镀镍/金体系，一般要求PH不超过5.3，必要时可通过稀硫酸降低PH。
化学沉金和化学镍金-概述说明以及解释
化学沉金和化学镍金-概述说明以及解释1.引言1.1 概述化学沉金和化学镍金是一种常用的金属表面处理方法，通过在金属表面沉积金或镍的薄层，来改善金属的耐腐蚀性、硬度和美观度。
这两种方法在工业领域得到了广泛的应用。
化学沉金是将金属表面的金属离子还原为金属，并在表面形成一层金属颗粒的过程。
通常使用的还原剂是含有金属离子的化学溶液，如氰化物和氢氧化物。
通过调节溶液的pH值和温度等条件，可以控制沉金层的厚度和均匀性。
化学沉金具有反应速度快、操作简便、成本较低的优点。
它广泛应用于电子行业，用于制造电子元器件和电路板。
化学镍金是将镍和金同时沉积在金属表面，形成一层金属合金。
化学镍金的原理类似于化学沉金，但添加了镍离子的沉积溶液。
相比于纯金属，金属合金具有更高的硬度和耐腐蚀性。
同时，镍和金的共同作用也使得金属表面更加美观。
化学镍金广泛应用于汽车制造、航空航天、机械制造等行业，用于改善金属零件的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能。
本文旨在探讨化学沉金和化学镍金的原理、应用领域和实验条件，并对这两种方法的优点和差异进行对比分析。
最后，还将展望未来在金属表面处理领域的研究方向。
通过深入了解和研究化学沉金和化学镍金的内在机理和应用价值，我们可以更好地应用和推广这两种方法，提升金属制品的质量和性能，满足人们对高品质金属产品的需求。
文章结构部分的内容写作如下：1.2 文章结构本文主要讨论化学沉金和化学镍金这两种方法在金属加工和电镀领域的应用。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将概述化学沉金和化学镍金的背景和概念，并介绍它们在金属材料表面处理和电镀过程中的重要性。
同时，引言部分还指出本文的目的，即对比两种方法的优缺点，并展望未来的研究方向。
正文部分主要分为化学沉金和化学镍金两个小节。
在化学沉金小节中，将详细介绍化学沉金的原理、应用领域和实验条件。
对于原理部分，将说明化学沉金是利用特定的化学物质和反应条件将金属离子还原成金属沉积在基材表面的过程。
镍合金材料的盐雾腐蚀行为与防护措施研究
镍合金材料的盐雾腐蚀行为与防护措施研究镍合金材料是一类被广泛应用于各种工业领域的高性能材料。
然而，这些材料在恶劣环境下可能会受到盐雾腐蚀的影响，从而降低其性能和寿命。
因此，研究镍合金材料的盐雾腐蚀行为及相应的防护措施具有重要的实际意义。
首先，我们需要了解什么是盐雾腐蚀以及它对镍合金材料的影响。
盐雾腐蚀是指在高温高湿或者含有盐分的环境条件下，金属表面形成的氧化物与存在的水分和氯离子等产生化学反应，导致金属表面发生腐蚀的现象。
镍合金材料具有良好的耐腐蚀性能，但在盐雾环境下仍然会受到一定程度的腐蚀。
盐雾腐蚀会导致表面氧化膜破坏，进而暴露出更容易被腐蚀的金属基体，加速了金属的腐蚀速度。
此外，盐雾腐蚀还可能引发应力腐蚀裂纹，进一步损害材料的结构完整性和性能。
针对镍合金材料的盐雾腐蚀问题，采取一系列的防护措施可以有效地减少腐蚀的程度。
以下是几种常见的防护措施：1. 表面处理：通过在镍合金材料表面形成一层保护膜，可以减少金属基体暴露在盐雾环境中的机会。
常用的表面处理方法包括电镀、机械抛光、化学溶液处理等。
这些方法可以修复表面缺陷、消除应力集中、增加抗腐蚀能力。
2. 涂层保护：在镍合金材料表面涂覆一层具有良好抗腐蚀性能的涂层，可以增加材料的抗氧化和耐腐蚀性能。
常用的涂层材料包括橡胶、聚合物、陶瓷等。
这些涂层可以形成一层隔离层，阻止盐雾进一步腐蚀金属基体。
3. 合金改性：通过添加特定的合金元素，可以改变镍合金材料的晶界和晶粒结构，提高其抗腐蚀性能。
例如，添加铬、钼、钛等元素可以增加镍合金的耐蚀性和耐高温性能。
4. 环境控制：合理控制盐雾环境中的温度、湿度和气氛成分，可以减少腐蚀的程度。
例如，在盐雾试验中加入一定浓度的缓蚀剂可以抑制腐蚀反应的进行。
在进行镍合金材料的盐雾腐蚀研究时，需要考虑以下几个方面：1. 材料的选择：根据实际应用需求选择合适的镍合金材料进行研究。
不同的合金成分和微观结构对腐蚀行为有着重要的影响。
化金镍腐蚀原因
化金镍腐蚀原因化金镍腐蚀，这事儿可有点像家里的老物件慢慢生锈，让人看着就心疼。
化金镍在很多地方都起着关键作用呢，可为啥会腐蚀呢？这就像人会生病一样，得好好找找原因。
咱先从环境说起。
要是化金镍处在一个潮湿又闷热的环境里，就像人在桑拿房里待久了一样，那可受不了。
水汽就像一群调皮的小恶魔，到处乱钻。
它们要是钻进了化金镍的内部结构里，就会慢慢搞破坏。
这就好比是木头上生了白蚁，表面看着可能还没啥，里面可早就被蛀得千疮百孔了。
你说这水汽怎么这么坏呢？其实啊，这就是大自然的规律，水汽总是喜欢找那些容易附着的地方，化金镍就成了它们的目标。
再说说那些和化金镍接触的物质。
有些化学物质碰到化金镍，就像两个仇人见面，非得打起来不可。
比如说酸性物质，酸性物质就像是一群拿着小剑的小怪兽，一碰到化金镍就开始疯狂地刺啊、砍啊。
化金镍虽然有一定的抵抗力，可是也架不住酸性物质的长时间攻击啊。
这就像一个强壮的人，要是一直被一群小蚂蚁咬，咬久了也会受不了的。
那有人可能会问了，为啥酸性物质这么厉害呢？这就和它们的化学性质有关啦，酸性物质天生就有这种腐蚀性，就像狼天生就会捕猎一样。
还有啊，电也会在化金镍腐蚀这件事上插上一脚。
你想啊，电流在化金镍里跑来跑去的时候，如果这个过程中有点小意外，就像火车脱轨了一样，那就会引起各种问题。
比如说，电流可能会让化金镍表面的一些原子变得不安分起来，它们就开始乱跑，这样原本整齐的结构就被打乱了。
这时候，那些腐蚀的因素就像看到了机会的小偷，一下子就涌了进来，开始对化金镍进行掠夺式的破坏。
这多像一个原本秩序井然的小镇，突然来了一群强盗，把整个小镇搅得乱七八糟的。
加工过程对化金镍腐蚀也有影响呢。
如果在加工的时候没有处理好，就像做饭的时候没有把食材处理干净一样。
比如说表面有残留的杂质，这些杂质就像沙子混进了米饭里，虽然看着不显眼，但是时间长了，就会对化金镍产生不良影响。
它们可能会引发一些化学反应，或者影响化金镍表面的均匀性。
化镍金之腐蚀
ENIG
Type-8：Large Section Black Band
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14
三種 BlackPad型態（剝金後鎳面 SEM）
A： Normal Ni surface after cyanide strip
B： First stage of corrosive attack is at the Ni nodule boundaries
（注： ~ BlackPad研究報告A Root Cause Failure Mechanism(Nicholas Biunno）
ENIG
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2
腐蚀的原理之
• 金槽置換機制
離子化趨勢 Ni > Au
ENIG
Ni/P Ni
ENIG
a.置換速度過快 b.金槽加熱速度不足 c.鍍液攪拌不足 d.螯合劑不足 e.金濃度過低 f.鍍金時間過長- 金厚度要求過高 g.建浴用水或鍍金後水洗水發霉
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20
鎳層腐蝕因素-4-後處理
ENIG
a.回收槽浸泡時間過長 b.在鍍金現場放置時間過久 c.水洗水污染 d.水洗烘乾後,板子未冷卻即疊板. e.與其他製程共用水洗/烘乾機(遭污染) f.水洗烘乾機之水洗槽及滾輪發霉 g.包裝前未充分烘乾 h.存放環境濕氣或酸氣過高
X 5000
60 分
10 分 Au 厚度2.6 μ”
20 分 Au 厚度 3.3 μ” 30 分 Au 厚度 4.2 μ”
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Type-3：Shallow Spreading IG Penetration
ENIG
Type-4：Deep Spreading IG Penetration
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腐蚀过程之
ENIG
D： Final stage of corrosive attack with the mud cracked black pad appearance
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BlackPad FIB 圖示
FIB image of a spike/spreader defect region
Ni
Ni → Ni2+ + 2e－
Ni2+ + 螯合劑 → Ni 錯離子
Au(CN)2 － + e － → Au + 2 CN －
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3
腐蚀的原理之
固體互溶1 金屬界面互相擴散
ENIG
A 金屬
B 金屬
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4
腐蚀的原理之
Diffusion pattern 2 (Grain Diffusion) Make diffusion through the grain boundary
ENIG
Metal A
Metal A Metal B
Metal A
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腐蚀过程之
八種 BlackPad型態（切片 SEM）
Type-1：Minimal IG Spike Penetration
ENIG
Type-2：Deep IG Spike Penetration
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腐蚀过程之
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21
不同镍厚之镍面SEM对比
镍厚103 μ″ 镍厚168 μ″ 镍厚220 μ″
ENIG
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不同沉金厚度之镍面SEM对比
ENIG
（注： ~ BlackPad研究報告A Root Cause Failure Mechanism(Nicholas Biunno）
Quan Yi Xing electronics tech (ShenZh機制
離子化趨勢 Ni > Au
Ni/P
ENIG
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腐蚀过程
O2 Ni salt Ni2O3 NiO 金層
ENIG
腐蝕劑
Ni salt
H2O
Ni salt Ni salt Ni(OH)2
Ni salt
Ni
金層
Ni salt Ni salt
Ni salt 鎳層
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腐蚀的原理之
Diffusion pattern 3 (Surface Diffusion) Make diffusion on the surface
ENIG
Metal A
Metal A
Metal A
Metal B
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腐蚀的原理之
表面遷移
空氣中O2 Ni Ni 金層
ENIG
空氣中濕氣 Ni2O3 Ni(OH)2
NiO
表面遷移
鎳層 銅層
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腐蚀的原理之 局部電池
任何金屬表面均是電極之 混合體,並且藉金屬本身形 成迴路,只要金屬表面保持 乾燥,便不會發生局部作用 電池和腐蝕.金屬若暴露於 濕氣或水溶液中,便會產生 局部作用電池,並藉化學反 應將金屬轉變為腐蝕生成 物.
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B： First stage of corrosive attack is at the Ni nodule boundaries
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三種 BlackPad型態（剝金後鎳面 SEM）
C：
A more advanced stage of corrosive attack into a define Ni layer
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鎳層腐蝕因素-4-後處理
a.回收槽浸泡時間過長 b.在鍍金現場放置時間過久 c.水洗水污染
d.水洗烘乾後,板子未冷卻即疊板.
ENIG
e.與其他製程共用水洗/烘乾機(遭污染) f.水洗烘乾機之水洗槽及滾輪發霉 g.包裝前未充分烘乾 h.存放環境濕氣或酸氣過高
八種 BlackPad型態（切片 SEM）
Type-5：IG Separation of EN Nodules
ENIG
Type-6：Small Section Black Band
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腐蚀过程之
八種 BlackPad型態（切片 SEM）
ENIG
Higher magnification
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腐蚀影响的因素-1-銅面
微蝕後無法成為均勻的表面形態. a. 剝錫未淨 b. 凹痕 。鍍銅產生. 。刷磨. 。氧化層過厚, 微蝕後形成凹孔.
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c. 污染物
Type-7：Corner Section Black Band
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Type-8：Large Section Black Band
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三種 BlackPad型態（剝金後鎳面 SEM）
A： Normal Ni surface after cyanide strip
置換金 - 不同的鍍金時間 金層剝離後
X 5000
60 分
10 分
Au 厚度2.6 μ”
20 分
Au 厚度 3.3 μ”
30 分
Au 厚度 4.2 μ”
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不同沉金厚度，相同镍厚之SEM对比
镍厚113，沉金100s 镍厚113，沉金200s
镍厚113，沉金400s
镍厚113，沉金600s
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不同镍厚，相同沉金厚度之金面SEM对比
镍厚103 μ″金1.34 μ″ 镍厚137μ″金1.36 μ″ 镍厚165 μ″金1.42 μ″ 镍厚193 μ″金1.32μ″
化學鎳金腐蝕
泉鎰興電子
腐蝕與黑墊概论
• 鎳溶解與金沈積同時發生置換反應，一旦當其界面被 金層所密封而無鎳可溶時，則金層的沈積亦將停止。 但由於金層疏孔極多，在並不密實的結構下仍可緩慢 進行反應。總體而言，金水在某些因素影響下之過度 活躍性（Hyperactive），將造成局部鎳面非規律性的 過度氧化，縱使鋪滿金層後，其與底鎳之界面間事實 上早已存在了一些可觀的氧化物，繼續老化惡化之後 遂將成為惱人的黑墊（BlackPad）。注
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腐蚀的原理之
表面遷移
O2
Ni2O3
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O2 Ni Ni Ni O
H2O Ni(OH)2
NiO 金層
Ni Ni
金層 陰極
陰極
陽極
鎳層
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改善建议
1.乾淨﹑平坦﹑均勻的銅面
2.穩定的鎳層含磷量
3.控制鎳鍍液中的硫化物含量 4.避免浸金過度咬蝕，控制金槽活性与沉金厚度。 5.充分水洗及乾燥 6.良好的保存環境
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小结
• 镍面结晶随着时间的增长，镍面趋于平整，晶瘤變大溝 紋減少，从而使金置换过程中对晶粒间的腐蚀减少。 • 在相同镍厚下，沉金时间增长，金水对镍面的刺入腐蚀 加剧； • 在现所用的置换金的生产条件下，一旦镍面完全被金层 覆盖，金厚的增加将较困难，继续沉金只会加剧金水通 过疏孔对镍面进行攻击，继而造成底鎳的過度腐蝕。
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b.鎳厚不足
c.建浴用水或鍍鎳後水洗水發霉
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