表面處理之化學鍍鎳規范及制程講解.ppt

1,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,表面處理之化學鍍鎳規范及制程講解,FITI-SJ-STD 报告人:储彬,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,2,1.化學鍍鎳之基礎知識和應用簡介2.化學鍍鎳原理介紹3.化學鍍鎳各規范介紹4.各規范不同處介紹5.表處化學鎳制程介紹6.化學鍍鎳常見問題及預防措施,Summary,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,3,ENP基礎知識介紹,化学镀镍的特点与发展简史化学镀镍的历史与电镀相比，比较短暂，在国外其真正应用到工业仅仅是70年代末80年代初的事。1844年，A.Wurtz发现金属镍可以从金属镍盐的水溶液中被次磷酸盐还原而沉积出来。化学镀镍技术的真正发现并使它应用至今是在1944年，美国国家标准局的A.Brenner和G.Riddell的发现，弄清楚了形成涂层的催化特性，发现了沉积非粉末状镍的方法，使化学镀镍技术工业应用有了可能性。但那时的化学镀镍溶液极不稳定，因此严格意义上讲没有实际价值。化学镀镍工艺的应用比实验室研究成果晚了近十年。第二次世界大战以后，美国通用运输公司对这种工艺发生了兴趣，他们想在运输烧碱筒的内表面镀镍，而普通的电镀方法无法实现，五年后他们研究了发展了化学镀镍磷合金的技术、公布了许多专利。1955年造成了他们的第一条试验生产线，并制成了商业性有用的化学镀镍溶液，这种化学镀镍溶液的商业名称为“Kanigen”。,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,4,ENP處理簡介,ENP（無電化鎳）化学镀镍的工业应用由于化学镀镍层具有优秀的均匀性、硬度、耐磨和耐蚀性等综合物理化学性能，该项技术已经得到广泛应用，目前几乎难以找到一个工业不采用化学镀镍技术。据报道，化学镀镍在各个工业中应用的比例大致如下：航空航天工业：9%，汽车工业：5%，电子计算机工业：15%，食品工业：5%，机械工业：15%，核工业：2%，石油工业：10%，塑料工业：5%，电力输送工业：3%，印刷工业：3%，泵制造业：5%，阀门制造业：17%，其他：6%。世界工业化国家的化学镀镍的应用经历了80年代空前的发展，平均年净增速率高达10%15%；预计化学镀镍的应用将会持续发展，平均年净值速率将降低至6%左右，而进入发展成熟期。在经济蓬勃发展的东亚和东南地区，包括中国在内，化学镀应用正在上升阶段，预期仍将保持空前的高速发展。,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,5,化學鎳配方及反應方程式,主成份:(1)硫酸鎳(2)次磷酸二氫鈉(3)絡合劑(4)pH調整劑（氨水、氫氧化鈉）5)添加劑作用:(1)提拱鎳離子(2)使鎳離子還原為金屬鎳(3)形成鎳絡合離子，防止氫氧化鎳及亞磷鎳生成，增加槽液安定性，pH緩衝(4)維持適當pH(5)防止鎳在膠體粒子或其它微粒子還原(6)增加被鍍物表面的負電位，使啟鍍容易，改善還原效率。反應式:3NaH2PO4+3H2O+NiSO43NaH2PO4+H2SO4+2H2+Ni 2H2PO2-+Ni+2H2O2H2PO3-+H2+2H+Ni Ni+H2PO2-+H2ONi+H2PO3-+2H+H2PO2-+H2O H+HPO3-+2Hads Ni+2Hads-Ni+2H+2Hads-H2 H2PO-+Hads H2O+OH-+P 3H2PO2-ads+OH-ads H2PO3-ads+H ads+e,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,6,ENP膜形成機構,下圖是ENP處理皮膜的掃描式電子顯微（SEM）照片，上面是NI層,下面是基材,ENP處理表面與橫截面SEM照片,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,7,基材表面前處理流程,油污可用脫脂劑去除-ISOPREP 49 L:Non-silicon non-etch,自然氧化物則用鹼咬去除-TL-252,但同產生新的氧化物,在ENP制程中,鹼咬加長時間有助於將表面氧化層及材料雜質咬除及咬鬆,新的氧化物則用酸咬去除-HF/HNO3,去除Si,在ENP制程中,此步驟可以加長時間,有助於將Si-Mg固熔體(雜質)徹底去除,MgO,CuO,Feo 新的氧化物則用酸洗去除-HNO3,得到近乎純Al表面,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,8,兩次鋅置換示意圖,前處理后,進行兩次鋅置換,這是ENP是的特點,鋅置換:要求越薄越好,越細越好.第一次鋅置換時在基材上鍍一層比較厚的鋅膜,并活化基材.因為第一次置換的鋅顆粒比較大,所以要把鋅層剝離,剝離后示意圖請看左邊第二張,可以看到只有少數鋅顆粒存留在基材毛細孔中,第二次鋅置換比第一次鋅置換時間稍微縮短,所以顆粒比較細小,鋅層比較薄,這樣鋅顆粒分布更均勻,鎳層的附著力就強,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,9,鍍鎳,如圖所示，經過兩次鋅置換,在化鎳與之反應瞬間(起鍍前幾分鐘),化鎳可以說是用快速結合方式去包圍鋅置換,因此才產生優良附著力,起鍍第一層化鎳時鎳層立即包圍鋅置換顆粒鋅置換層已經瞬間改變成化鎳層所以說看不出鋅的置換層換下圖為了便于了解鍍鎳層構造把鋅置換層表示出來。,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,10,經驗總結,ENP前處理決定陽極膜附著力,所以說前處理的好壞決定了生產出來的工件的質量;鋅置換的影響因數:我們控制溶液濃度不變:化鎳時間越長膜厚越厚.溫度底(2023),鋅顆粒小而且均勻,溫度高,鋅置換鋅顆粒大.而我們要得是小而均勻的顆粒,所以在前處理時注意控制溫度.化鎳影響因數 溫度控制在7090;PH決定上膜率,PH越高,活化越快,上膜越快,PH越底,活化越慢,最終導致鈍化,所以把溶液控制在最佳范圍是我們要追逐的目標 ENP溶液濃度主要控制NI和次磷酸鈉的濃度注:化鎳藥水的天敵是硝酸根離子,當硝酸根離子達到一定濃度時,它可以破壞藥水特性,無法鍍鎳,所以要定期用硝酸根離子試紙測試,嚴格控制硝酸根離子進入溶液,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,11,化學鍍鎳各規范名稱,高磷規范有：1.AMAT 0250-350002.MIL-C-26074,SJ表處化學鍍鎳規范分兩種：高磷和中磷,中磷規范有：1.AMAT 0250-274482.AMS-2404,高磷(Type A)和中磷(Type B)規范1.AMAT 0250-07726,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,12,AMAT 0250-35000規范介紹,0250-35000等級依熱處理可以分為三種：,等級3-溫度為180-200下加熱2到4小時以提高涂層粘合性 消除(減輕)氫脆變。-(適合鋼、鐵材質的工件),等級4-溫度為120-130下加熱至少1個小時,提高硬化鋁合金和碳鋼涂層的粘合性。-目前廠內制程,等級5-溫度為140-150下加熱至少1個小時以改善鋁非硬化鋁合金銅銅合金及鈹上鍍層的粘合性。,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,13,認証測試項目,IC：Leachable Anions and Cations from Coupons by Ion Chromatography(IC),The coupon is placed in a pre-cleaned polypropylene(PP)extraction container and leached with ultrapure water(UPW)at 50 for 4 hours.The UPW extract is then transferred to a pre-cleaned bottle for IC analysis.Two pre-cleaned PP extraction containers were prepared and analyzed as controls in the same way as the samples.Outgassing：Analysis of adsorbed organic compounds on coupon surface by automated thermal desorption(ATD)and GC-MS.Adhesion:依照ASTM B571中熱沖擊的方法測試COUPON,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,14,認証測試項目,切片後用顯微鏡測,-射線光譜測定法,測微計(千分尺)測量法,-反向散射測量法,Coating Thickness:化學鍍鎳默認膜厚.00100.0012 inch。測膜厚的方法有四種：,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,15,認証測試項目,Coating Composition-Phosphorous and Nickel contents依照ASTM E60或E352的測試方法確定磷的成分。鎳的成分依照ISO4527附件D的方法測試。,Coating Composition-Nitric Acid Test將涂層樣品完全浸入65-75（18.3-23.9）的濃硝酸溶液中302秒。Corrosion Resistance用以下兩種方法確定試樣的抗腐蝕性能screening method(屏蔽法):依照ASTM G31.進行測試。將測試試樣浸入溫度為50濃度為50v/v(約18w/w)的鹽酸溶液中24小時。測試溶液和試樣的總面積之比大于5ml/2.長時間暴露法室溫下將測試試樣置于鹽酸蒸汽環境中。測試設備和方法見附錄C。Microhardness涂層的微硬度測量依照ASTM B578的測試方法進行。用努氏壓頭測量記錄于努氏硬度報告中(HK)載荷為100g較好。還有 Black Light Inspection;Metallography等測試,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,16,Package,零件和組件完成所有的制程和檢驗后要立即在無塵室內包裝。不允許有零件或組件無包裝而被擱置。包裝之前確認所有的零組件都是干的。包裝要在1000等級或更高等級的無塵室內進行。有重要密封面配件和連接器的零件用無塵布包裹(如Texwipe Alphawipes TX1009,TX1010或同等物)。無塵布/泡沫塑料應符合應用材料規范0250-70699的要求。內部袋子包裝其它類型的零件或組件要求用PE袋單個分開包裝(最小厚度為4-6s)PE袋應符合應材規范0250-70699的要求。用干燥氮氣(含0.1微米的過濾器)吹淨袋子熱封包裝。有噴砂面的零件不能真空包裝。注意袋子不能象氣球一樣鼓起來,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,17,Package,在內部袋子上貼標簽標簽上顯示零件號碼版次供應商ID及清洗供應商的ID。標簽上聲明“Assembly removal(裝配免除)”(應材零件號碼0060-13106和13108)。同時要貼標簽聲明“清潔零件等級1000或更高等級無塵室內打開用手套搬運”。熱密封袋子。根據需要可以在內部袋子上貼搬運或方位標簽。所有零件和組件必須用雙層PE袋包裝。袋裝材料的厚度為4-6s要求符合應用材料規范0250-70699的要求。可以將几個零件共同放入第二個密封袋內而不管這些零件是否相似或配套因為應用材料可以通過P.O.或其它方式識別它們。每個組件必須用雙層袋子單獨密封包裝。在外部袋子上貼標簽聲明“Decon Removal”(應用材料零件號碼為0060-13105和13107)同時要貼標簽聲明“清潔零件等級1000或更高級別無塵室內打開用手套搬運”,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,18,Package,熱密封袋子。外部袋子上貼標簽標簽顯示零件號碼版次供應商ID及清洗供應商的ID。根據需要可以在內部袋子上貼搬運或方位標簽。所有的包裝零件或組件要依照應用材料規范0251-05100的要求做裝運准備。標識若無其它說明零件的標識要符合應用材料規范0250-01033。若無其它說明零件的包裝標識要符合應用材料規0250-60124。証明 生產者要提供零件電鍍証明。証明包括涂層厚度和粘合性測試結果。也應包括目視檢驗和黑光檢驗結果標明熱處理等級。依照應用材料規范0250-36352准備証明文件。,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,19,0250-35000總要求,總要求 1)化學鍍鎳前要完成機加工 2)化學鍍鎳后所有圖面上的尺寸要符合規范 3)表面處理要符合圖紙要求 4)除非圖紙上有其它說明在化學鍍鎳之前所有的pin孔 或螺紋孔要遮蔽 5)所有的標准器件如pin或牙套等要在化學鍍鎳之后安裝。6)化學鍍鎳之后的重要潮濕表面(用于薄片加工或薄片轉換)不允許機加工或重工,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,20,檢驗外觀檢驗要求,按照0250-01019的方法檢驗外觀要求所有完工零件的鎳電鍍層光滑粘合完全不能有可見的氣泡凹坑砂眼氣孔裂縫和其它缺陷。如果規范0250-01019的附錄中沒有說明等級適用這里的外觀缺陷允收標准。由于材料不規則機加工搬運或清洗造成的缺陷判定是否可接受時依照以下要求3a)不允許有條紋包括盲孔或非焊接縫造成的條紋。3b)不允許有鹽漬鱗狀物或其它積聚物。3c)若無其他說明不能有污染或變色。3d)將指紋外來材料(如毛線手套)和殘余物去掉。3e)在4倍放大鏡下觀察薄片加工或晶片轉移的重要潮濕表面不能有可見的凹坑。3f)按照規范0250-01264中所述的方法作業用無棉布沾取異丙醇擦拭被測零件的表面不能有可見的微粒殘留溶液或其它污染物。外觀目視檢驗依照應用材料規范0250-01019 的檢驗方法進行目視檢驗。若無其它說明用10倍以下的放大鏡觀察并確認外觀缺陷和不良。,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,21,高磷化學鍍鎳的要求,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,22,高磷化學鍍鎳測試和檢驗標準,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,23,0250-35000圖面要求簡單介紹,無牙孔,pin 孔等,有牙孔,pin 孔等,無制程區域,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,24,AMAT 0250-07726規范介紹,0250-07726等級依熱處理也分為三種 與0250-35000是一致的，見Page 12,0250-07726依含磷的多少分為兩種,Type A:含磷量1012%Type B:含磷量59%,以0250-07726規范生產的工件膜厚依照工件圖面所規定，其它基本與0250-35000相同,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,25,MIL-C-26074規范,以熱處理方式分為4類,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,26,MIL-C-26074E規范,以膜厚方式分為3個等級,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,27,AMAT 0250-27448,0250-27448是比較常用的中磷化學鍍鎳規范以熱處理方式它分為2種,含磷量710wt%,其它原理與0250-35000同,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,28,AMS 2404E,以熱處理方式分為4類,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,29,無電解化鎳上下掛簡單介紹,上掛：1.小工件如（0040-04942）:用直徑12mm的AL線穿過通孔上掛 2.中等工件（0040-34015）:用螺栓固定工件螺紋孔上掛 3.大型工件（0040-78021）:用大螺栓固定，結合天車上掛注：上掛時一定要注意工件上掛方位，不能出現工件角落、腔內積氣。噴水：1.當工件提起離開液面時，高壓水(用扇形距工件約50cm)，從四個方向噴洗工件表面。去遮封：下掛時，有遮封的工件特別要針對遮封孔噴洗確保掛點及遮 封處滲進的殘液徹底去除,整個去遮封過程工件都要保持濕潤下掛：吹干工件後下掛。下掛時應注意保護工件，防止划傷工件注：ENP工件下掛完成應直接送到無塵室，越快越好。小中型工件下掛和運輸到無塵室的時間隻能相隔30min，大型工件 11.5h,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,30,SJ表處無電解化鎳流程(高磷),Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,31,SJ表處無電解化鎳流程(中磷),Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,32,化學鍍鎳常見問題,機加工引起的壓板腐蝕，化鎳後無法掩蓋，機加工改善,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,33,化學鍍鎳常見問題,小孔中鎳沒有鍍上,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,34,化學鍍鎳常見問題,鎳層表面發黃,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,35,化學鍍鎳常見問題及預防措施,Print Date:10/9/202211/5/2023,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,36,Thanks for Your Attention,Foxsemicon Integrated Technology Inc.,