一种基材表面处理方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基材表面处理方法及其应用，所述方法包括，对基材的金属表面进行预处理；将预处理后的基材在预定的温度下进行化学镀，其中，所述化学镀的镀液包括镍盐，络合剂，还原剂和MOF添加剂；清洗化学镀后的金属基材表面，完成金属基材表面处理。本发明专利技术技术方案不仅大大简化了表面处理的工艺流程，降低了生产成本，提升了工艺的稳定性，同时避免了ENIG技术容易出现的黑盘问题和ENEPIG技术容易出现的漏镀、渗镀、假镀现象，且表面处理后的PCB具有耐酸、耐碱、耐高温高湿、抗氧化、良好的焊接性和导电性、超强的表面硬度、涂层均匀性等优异性能，可替代ENIG和ENEPIG技术，可应用于高端电子产品的PCB表面处理。于高端电子产品的PCB表面处理。于高端电子产品的PCB表面处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基材表面处理方法及其应用


[0001]本专利技术涉及金属表面处理
，尤其涉及一种基材表面处理方法及其应用。

技术介绍

[0002]作为整个PCB板与外界接触的地方，表面处理层不仅承担着保护内部电路不受外界侵蚀，不被空气氧化的作用，同时还要承担芯片在其上搭接的责任，需要焊料在其上浸润良好。但由于焊料和表面处理层材料之间会形成脆性的金属间化合物，往往使得焊接点成了整个最终电子产品中最为薄弱的一环。因此，对表面处理层的用材和性能的研究极为重要。
[0003]目前常用的PCB表面处理技术包括：化学浸锡、化学浸银、电镀镍金、有机可焊性保护膜(OSP)、化学镀镍浸金(ENIG)以及化学镀镍钯浸金(ENEPIG)技术。
[0004]电镀镍金技术是指用电镀的方式将金属镍层或金层施镀到PCB的铜层上的技术。由于电镀镍层可以有效防止铜基板与外层金层的原子扩散，而金层更易溶于焊料中，且具有更好的耐腐蚀性，因此一般是先电镀镍层然后再电镀金层。但焊接会导致电镀金变脆，缩短使用寿命。
[0005]OSP也叫耐热助焊剂，其主要作用是在铜面上生成一层有机化合物薄膜，使其在自然环境中保护铜层不被氧化或硫化。在高温焊接中，该薄膜将被助焊剂除去，铜面裸露后与熔融焊锡接触，几乎同时形成了牢固焊点。由于OSP工艺生产成本低廉，处理步骤简单，生产过程不涉及有毒有害的物质，因而在PCB表面处理中获得了广泛的应用。然而，OSP技术对可经历的热循环次数有一定限制，循环次数多了其外皮容易老化，可焊性变差。
[0006]ENIG表面修饰技术以其良好的导电性且满足高密度封装的需求而被广泛应用于高端电子产品的PCB板表面修饰中。与电镀镍金相比，ENIG技术过程控制比较困难，但由于经该技术施镀后的金层很薄且很一致，因此很少发生变脆的现象。但ENIG技术也有施镀温度较高、用时较长、成本较高、镀金液中含有剧毒氰化物等缺点，最严重的是镍/金之间常常会出现被称为“黑盘”的镍腐蚀，导致镀层脱落，焊接器件脱离。
[0007]为解决ENIG技术中存在的“黑盘”问题，研究者通过在镍金间化学沉积钯的方式阻挡镍金直接接触，这项新的技术被称为化学镍钯金(ENEPIG)技术。与ENIG表面修饰技术相比，ENEPIG表面修饰技术具有更强的焊料互连性能及焊点可靠性。然而，由于钯价格昂贵，且在实际生产应用过程中,钯活化液自身抗干扰能力不强使溶液处于亚稳定状态,易导致发生漏镀渗镀假镀现象，且这一过程之后的PCB返工困难，控制成本高，大大增加了制造成本。
[0008]最后，由于ENIG与ENEPIG技术涉及到镍合金镀层，而镍材料的具有大电阻率和铁磁特性，导致其具有较大的感应系数和相对不稳定性，在高速互连时损耗较高。随着5G移动通信技术及信息储存技术的高速发展，对相应的电子产品的传输速率要求越来越高，而PCB作为电子元器件的载体，也向着高频高速方向发展。高频高速PCB板的核心要求是要有低且稳定的介电常数(Dk)和低介电损耗因子(Df)。此外，因为PCB要接插安装电子元件，需要考
虑接插后的导电性能和信号传输性能等问题，所以要求阻抗越低越好。基于以上原因，在实际生产中选择更加合适的表面处理技术和镀层厚度，对高频高速PCB的实际生产具有极为重要的意义。
[0009]化学镀也称自催化镀，是提高金属耐蚀性的一种表面改性的有效手段。其中发展最充分的是化学镀镍，以次磷酸盐为还原剂的Ni
‑
P合金具有优良的耐腐蚀性能和良好的机械性能。研究者们针对Ni
‑
P化学镀的反应机理与动力学提出了一些假设，其中较经典的理论模型为原子氢析出理论。该机理认为反应总共分四步：
[0010]①
Ni
2+
+H2PO2‑
+H2O
→
Ni0+3H
+
+HPO
32
‑
[0011]②
H2PO2‑
+H2O
→
HPO
32
‑
+H
+
+2H
[0012]③
H2PO2‑
+H
→
P0+H2O+OH
‑
[0013]④
2H
→
H2[0014]目前PCB表面处理工艺包括以下步骤：除油
→
水洗
→
微蚀
→
水洗
→
酸洗
→
水洗
→
预浸
→
水洗
→
化学镀镍
→
水洗
→
化学镀金
→
水洗。化学镀镍的镀液主要由主盐、络合剂、还原剂、稳定剂、pH调节剂等构成。为了在化学镀镍层上获得足够厚度且性能优良的镀金层，可采用氰化型金镀液或无氰镀金两种镀金液。氰化物镀金溶液具有稳定性优异，获得的金镀层能满足封装及PCB行业要求的优点，但氰化物属于剧毒性物质，废液难以处理且污染环境，在应用时还易发生侵蚀阻焊膜的问题，同时操作人员的人身安全不能保障。而无氰镀金液采用的镀液不含有毒性强烈的氰化物，在绿色环保方面有明显优势，但其镀液在施镀过程中存在镍基体腐蚀和镀液易分解的问题。
[0015]此外，为了克服ENIG技术中存在的“黑盘”问题，PCB表面处理领域发展出了一种新的ENEPIG表面修饰技术，即在镀镍层的表面依次进行化学镀钯和化学镀金两个环节。ENEPIG表面修饰技术不仅能有效防止因镍过度腐蚀“黑盘”现象，生产成本远低于ENIG表面修饰技术，同时具有长时间稳定存储、打线键合能力强、机械强度高、耐磨性好、应用范围广环境复杂、与SAC焊料匹配程度高、焊接可靠性好等优点，能够满足BGA封装技术、CSP/MCP封装等多种封装工艺的技术要求。但在实际生产应用过程中，钯活化液自身抗干扰能力不强使溶液处于亚稳定状态易导致ENEPIG过程中出现漏镀、渗镀、假镀的现象，且这一过程之后的电路板返工困难，控制成本高，大大增加了PCB的制造成本。

技术实现思路

[0016]本专利技术目的在于提供一种基材表面处理方法及其应用，针对现有技术存在的问题，本技术通过在表面处理液中加入纳米级金属有机骨架(MOF)添加剂，利用纳米粒子的自催化作用，使金属离子在基材表面还原沉积，形成一种致密的纳米复合膜，并通过纳米材料的作用，完全解决了目前PCB表面处理工艺中存在的各类问题，同时提升了镀层的耐酸、耐碱、耐高温高湿、抗氧化、可焊性、导电性以及表面硬度等性能。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0017]一种基材表面处理方法，所述方法包括，
[0018]对基材的金属表面进行预处理；
[0019]将预处理后的基材在预定的温度下进行化学镀，其中，所述化学镀的镀液包括镍盐，络合剂，还原剂和MOF添加剂；
[0020]清洗化学镀后的金属基材表面，完成金属基材表面处理。
[0021]进一步地，所述对基材的金属表面进行预处理，包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基材表面处理方法，其特征在于，所述方法包括，对基材的金属表面进行预处理；将预处理后的基材在预定的温度下进行化学镀，其中，所述化学镀的镀液包括镍盐，络合剂，还原剂和MOF添加剂；清洗化学镀后的金属基材表面，完成金属基材表面处理。2.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征在于，所述对基材的金属表面进行预处理，包括：对基材的金属表面进行打磨抛光；打磨抛光后的基材用水冲洗20
‑
30秒后，用碱性清洁液在60℃下清洗15
‑
20分钟；碱性清洁液清洗后的基材用水冲洗20
‑
30秒后，用微蚀溶液在40℃下微蚀10
‑
20秒；微蚀后的基材用水冲洗20
‑
30秒后，用5％的硫酸溶液在室温下酸洗2分钟；酸洗后的基材用水冲洗20
‑
30秒后，用10ppm的硫酸钯溶液在室温下活化2分钟；钯活化后的基材用水冲洗20
‑
30秒，完成基材的金属表面预处理。3.根据权利要求2所述的一种基材的金属表面处理方法，其特征在于，所述微蚀溶液为混合溶液；所述混合溶液包括5％的硫酸和1.5
‑
2％的H2O2。4.根据权利要求1所述的一种基材表面处理方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁军，贾丽慧，陈斯淮，李耀保，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：