无氰镀金研究与应用现状 (1).pdf

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1、·电·镀·技·术·无氰镀金研究与应用现状丁皓1，董季玲2(1重庆科技学院化学化工学院，重庆401331；2重庆科技学院冶金与材料工程学院，重庆401331)摘要：近年来随着对环境的重视程度的提高，无氰镀金工艺越来越得到业界的重视。本文主要讨论了现有无氰镀金工艺，通过对各种无氰镀金镀液体系的特点和存在问题的探讨，希望对了解无氰镀金的应用现状及展望其发展前景有所帮助。关键词：镀金；无氰镀金；电镀；化学镀；综述1引言镀金在电器、印制电路板(PCB)、接插件、集成电路(IC)等电子元件领域有着广泛的应用，主要是由于镀金层

2、具有优异的导电性、导热陛、可焊性，抗腐蚀能力以及稳固的结合力”一。而且金又比较容易的通过一些技术手段沉积到特定的基材上：物理气象沉积(PVD)、化学气象沉积(CVD)、电镀、化学镀等p一。其中电镀方法应用较多，是因为与其它法相比成本较低，沉积率较高而且镀层更厚。电镀法可以采用更加简单和廉价的装置实现，且可以在更加温和的温度压力等条件下进行p1。镀金层按照力学性质大致可以分为软质金和硬质金，软质金主要用在PCB、IC等领域，硬质金用作接插件、继电器等触点材料。传统的碱性镀金液中金主要以【Au(回眈】_形式存在，电镀

3、过程中游离的CN不仅是剧毒，而且将腐蚀线路板保护层造成短路的隐患，对PCB制作中使用的光刻胶也有溶蚀作用hrio由于这些原因无氰镀金技术得到深入的研究和发展，目前相当部分软质金镀层已经可以由无氰镀金技术得到，部分已经应用到实际生产中。不过目前硬质金镀层还只能由氰化物镀金技术得到，还有待进一步深入的研究咧。相比其它金属，镀金的研究成本很高，也导致了这方面成果相对较少，工艺革新相对缓慢翻。无论是电镀还是化学镀，其镀液主要由金源、配合剂、稳定剂、光亮剂、pH调节剂以及其它添加剂等构成‘姗。一般而言，金在溶液中主要的配合

4、物的稳定常数高，有利于提高镀液的稳定性，提高阴．．222．．——2014(重庆)国际表面工程论坛暨第十二届全国表面工程，电镀与精神年会论文集——极的极化作用，提高电流效率。常见的金的配合物的稳定常数如表(2)。表(2)Au(I)常见配合物及其稳定常数2亚硫酸盐镀液Au(I)配合物LogB[Au(CN)2]‘[Au(S203)(S03hi5。[Au(S203)(s03)]3．[Au(S03)]3’[Au(S203)r38．730．827．126．826．1在无氰镀金研究得最深入应用最广泛的是亚硫酸盐镀液，通过亚硫酸

5、盐镀液可以得到平滑、光亮、具有良好微分布力的软质金镀层⋯】。特别的是，在微电子和光电子领域的应用方面，亚硫酸盐镀液具有一些超越氰化物镀液的优势。例如，具有更好的微分布力，可以在硅晶片上得到厚度更加均匀，更加光滑规整的凸块”五”l，从而用作多层PCB的联结。最重要的是，它们是低毒的，用于废液处理的要求远低于氰化物镀液。尽管[Au(s03)2r的稳定常数比[Au(cN)2]。低10“1，亚硫酸盐镀液通过适当的添加剂以及一定操作规程仍然可以具有相当高的稳定性，特别是在碱性条件下““。而且它与大多数的光刻胶相容性好，并且

6、只要保持pH值低于10，就能够与部分品种的光刻胶不发生溶解剥离效应I”。51。因此为了满足光刻胶相容性和镀液稳定性的要求，商业化的亚硫酸金镀液大多是在pH9至lO范围。由于游离的Au+容易发生歧化反应而生成金沉淀，所以镀液中应当有富余的S03。存在，而s03。在中性或者酸性条件会氢化生成亚硫酸甚至放出S02，因此要有足够强的碱性才能保持镀液的稳定性。这也导致亚硫酸盐镀液在中性或酸性条件下稳定性不足这一缺陷，而印刷电路中使用的光刻胶更加适宜于中性或弱酸性的条件，所以需要添加适当的稳定剂来提高镀液在中性或酸性条件的稳

7、定性嘲。胺类化合物是最为常见的一种稳定剂，L七立nLs．胺””加入可以使镀液在pUS培稳定；联吡啶的加入可以抑制歧化作用；乙二胺和硝基苯同时加入能够使pH范围达到4．0—6．5““。这对于提高镀液与光刻胶的相容性有重大意义，但是部分有机物稳定剂的加入同时也引入了新的毒性废物，与我们发展的无氰镀的初衷不符。为了改善金镀层的性质还需要加入其它的添加剂。比如As、Tl的加入可以镀层晶粒细化，从而提高镀层的光亮度，对镀层的硬度、应力都有较强的影响”^17-19]。不过此类添加剂的毒性不可忽视。此外，镀层的性质还于操作时电

8、流密度、温度以及浓度控制密切相关。这里不做更多的讨论。亚硫酸盐镀液主要采用亚硫酸的钠、钾或铵盐16J。据报道幽1亚硫酸铵镀液在不加添加剂乃至稳定剂的条件下也具有良好的表现，其镀层表现为低硬度，低应力和低粗糙度，同时镀液在pn6-7稳定。尽管亚硫酸盐镀液镀金已经有很长的历史，但是其电沉积机理目前尚无定论怔。”J。普遍的认为碱性较强的条件和中性酸性条件下是按照不同的机理反应。