1PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.表面處理之化學(xué)鍍鎳規(guī)范及制程講解FITI-SJ-STD

報告人:儲彬PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.21.化學(xué)鍍鎳之基礎(chǔ)知識和應(yīng)用簡介2.化學(xué)鍍鎳原理介紹3.化學(xué)鍍鎳各規(guī)范介紹4.各規(guī)范不同處介紹5.表處化學(xué)鎳制程介紹6.化學(xué)鍍鎳常見問題及預(yù)防措施SummaryPrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.3ENP基礎(chǔ)知識介紹化學(xué)鍍鎳的特點與發(fā)展簡史化學(xué)鍍鎳的歷史與電鍍相比，比較短暫，在國外其真正應(yīng)用到工業(yè)僅僅是70年代末80年代初的事。1844年，A.Wurtz發(fā)現(xiàn)金屬鎳可以從金屬鎳鹽的水溶液中被次磷酸鹽還原而沉積出來?；瘜W(xué)鍍鎳技術(shù)的真正發(fā)現(xiàn)并使它應(yīng)用至今是在1944年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的A.Brenner和G.Riddell的發(fā)現(xiàn)，弄清楚了形成涂層的催化特性，發(fā)現(xiàn)了沉積非粉末狀鎳的方法，使化學(xué)鍍鎳技術(shù)工業(yè)應(yīng)用有了可能性。但那時的化學(xué)鍍鎳溶液極不穩(wěn)定，因此嚴(yán)格意義上講沒有實際價值?；瘜W(xué)鍍鎳工藝的應(yīng)用比實驗室研究成果晚了近十年。第二次世界大戰(zhàn)以后，美國通用運(yùn)輸公司對這種工藝發(fā)生了興趣，他們想在運(yùn)輸燒堿筒的內(nèi)表面鍍鎳，而普通的電鍍方法無法實現(xiàn)，五年后他們研究了發(fā)展了化學(xué)鍍鎳磷合金的技術(shù)、公布了許多專利。1955年造成了他們的第一條試驗生產(chǎn)線，并制成了商業(yè)性有用的化學(xué)鍍鎳溶液，這種化學(xué)鍍鎳溶液的商業(yè)名稱為“Kanigen”。PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.4ENP處理簡介ENP（無電化鎳）化學(xué)鍍鎳的工業(yè)應(yīng)用由于化學(xué)鍍鎳層具有優(yōu)秀的均勻性、硬度、耐磨和耐蝕性等綜合物理化學(xué)性能，該項技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，目前幾乎難以找到一個工業(yè)不采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)。據(jù)報道，化學(xué)鍍鎳在各個工業(yè)中應(yīng)用的比例大致如下：航空航天工業(yè)：9%，汽車工業(yè)：5%，電子計算機(jī)工業(yè)：15%，食品工業(yè)：5%，機(jī)械工業(yè)：15%，核工業(yè)：2%，石油工業(yè)：10%，塑料工業(yè)：5%，電力輸送工業(yè)：3%，印刷工業(yè)：3%，泵制造業(yè)：5%，閥門制造業(yè)：17%，其他：6%。世界工業(yè)化國家的化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用經(jīng)歷了80年代空前的發(fā)展，平均年凈增速率高達(dá)10%～15%；預(yù)計化學(xué)鍍鎳的應(yīng)用將會持續(xù)發(fā)展，平均年凈值速率將降低至6%左右，而進(jìn)入發(fā)展成熟期。在經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的東亞和東南地區(qū)，包括中國在內(nèi)，化學(xué)鍍應(yīng)用正在上升階段，預(yù)期仍將保持空前的高速發(fā)展。PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.5化學(xué)鎳配方及反應(yīng)方程式主成份:(1)硫酸鎳(2)次磷酸二氫鈉(3)絡(luò)合劑(4)pH調(diào)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(luò)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(dāng)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(fù)電位，使啟鍍?nèi)菀祝纳七€原效率。反應(yīng)式:3NaH2PO4+3H2O+NiSO4→3NaH2PO4+H2SO4+2H2+Ni

2H2PO2-+Ni+++2H2O→2H2PO3-+H2+2H++NiNi+++H2PO2-+H2O→Ni+H2PO3-+2H+

H2PO2-+H2O→H++HPO3-+2Hads

Ni+++2Hads--→Ni+2H+2Hads--→H2

H2PO-+Hads→H2O+OH-+P3H2PO2-ads+OH-ads→H2PO3-ads+Hads+ePrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.6ENP膜形成機(jī)構(gòu)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

PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.7基材表面前處理流程油污可用脫脂劑去除ISOPREP49L:Non-siliconnon-etch自然氧化物則用鹼咬去除TL-252,但同產(chǎn)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(zhì)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(zhì))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PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.8兩次鋅置換示意圖

前處理后,進(jìn)行兩次鋅置換,這是ENP是的特點,鋅置換:要求越薄越好,越細(xì)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(shù)鋅顆粒存留在基材毛細(xì)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(xì)小,鋅層比較薄,這樣鋅顆粒分布更均勻,鎳層的附著力就強(qiáng)

PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.9鍍鎳如圖所示，經(jīng)過兩次鋅置換,在化鎳與之反應(yīng)瞬間(起鍍前幾分鐘),化鎳可以說是用快速結(jié)合方式去包圍鋅置換,因此才產(chǎn)生優(yōu)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(jīng)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(gòu)造﹐把鋅置換層表示出來。PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.10經(jīng)驗總結(jié)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(chǎn)出來的工件的質(zhì)量;鋅置換的影響因數(shù):我們控制溶液濃度不變:化鎳時間越長膜厚越厚.溫度底(20~23℃),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(shù)溫度控制在70℃~90℃;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(dǎo)致鈍化,所以把溶液控制在最佳范圍是我們要追逐的目標(biāo)

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(dāng)硝酸根離子達(dá)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(yán)格控制硝酸根離子進(jìn)入溶液PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.11化學(xué)鍍鎳各規(guī)范名稱高磷規(guī)范有：1.AMAT0250-350002.MIL-C-26074SJ表處化學(xué)鍍鎳規(guī)范分兩種：高磷和中磷中磷規(guī)范有：1.AMAT0250-274482.AMS-2404高磷(TypeA)和中磷(TypeB)規(guī)范1.AMAT0250-07726PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.12AMAT0250-35000規(guī)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(zhì)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(nèi)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。PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.13認(rèn)証測試項目IC：LeachableAnionsandCationsfromCouponsbyIonChromatography(IC),Thecouponisplacedinapre-cleanedpolypropylene(PP)extractioncontainerandleachedwithultrapurewater(UPW)at50℃for4hours.TheUPWextractisthentransferredtoapre-cleanedbottleforICanalysis.Twopre-cleanedPPextractioncontainerswerepreparedandanalyzedascontrolsinthesamewayasthesamples.Outgassing：

Analysisofadsorbedorganiccompoundsoncouponsurfacebyautomatedthermaldesorption(ATD)andGC-MS.Adhesion:依照ASTMB571中熱沖擊的方法測試COUPONPrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.14認(rèn)証測試項目切片後用顯微鏡測Χ-射線光譜測定法

測微計(千分尺)測量法

β-反向散射測量法

CoatingThickness:化學(xué)鍍鎳默認(rèn)膜厚.0010~0.0012inch。測膜厚的方法有四種：PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.15認(rèn)証測試項目CoatingComposition-PhosphorousandNickelcontents﹕依照ASTME60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。CoatingComposition-NitricAcidTest﹕將涂層樣品完全浸入65-75℉（18.3-23.9℃）的濃硝酸溶液中30±2秒。CorrosionResistance﹕用以下兩種方法確定試樣的抗腐蝕性能﹕screeningmethod(屏蔽法):依照ASTMG31.進(jìn)行測試。將測試試樣浸入溫度為50℃﹐濃度為50﹪v/v(約18﹪w/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(huán)境中。測試設(shè)備和方法見附錄C。Microhardness﹕涂層的微硬度測量依照ASTMB578的測試方法進(jìn)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BlackLightInspection;Metallography等測試PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.16Package零件和組件完成所有的制程和檢驗后﹐要立即在無塵室內(nèi)包裝。不允許有零件或組件無包裝而被擱置。包裝之前﹐確認(rèn)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(nèi)進(jìn)行。有重要密封面﹐配件和連接器的零件﹐用無塵布包裹(如﹕TexwipeAlphawipesTX1009,TX1010或同等物)。無塵布/泡沫塑料應(yīng)符合應(yīng)用材料規(guī)范0250-70699的要求。

內(nèi)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4-6㏕s)﹐PE袋應(yīng)符合應(yīng)材規(guī)范0250-70699的要求。用干燥氮氣(含0.1微米的過濾器)吹淨(jìng)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PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.17Package在內(nèi)部袋子上貼標(biāo)簽﹐標(biāo)簽上顯示零件號碼﹐版次﹐供應(yīng)商ID及清洗供應(yīng)商的ID。標(biāo)簽上聲明“Assemblyremoval(裝配免除)”(應(yīng)材零件號碼0060-13106和13108)。同時要貼標(biāo)簽聲明“清潔零件﹐等級1000或更高等級無塵室內(nèi)打開﹔用手套搬運(yùn)”。熱密封袋子。根據(jù)需要﹐可以在內(nèi)部袋子上貼搬運(yùn)或方位標(biāo)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4-6㏕s﹐要求符合應(yīng)用材料規(guī)范0250-70699的要求?？梢詫讉€零件共同放入第二個密封袋內(nèi)﹐而不管這些零件是否相似或配套﹐因為應(yīng)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(biāo)簽聲明“DeconRemoval”(應(yīng)用材料零件號碼為0060-13105和13107)﹐同時要貼標(biāo)簽聲明“清潔零件﹐等級1000或更高級別無塵室內(nèi)打開﹔用手套搬運(yùn)”PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.18Package熱密封袋子。外部袋子上貼標(biāo)簽﹐標(biāo)簽顯示零件號碼﹐版次﹐供應(yīng)商ID及清洗供應(yīng)商的ID。根據(jù)需要﹐可以在內(nèi)部袋子上貼搬運(yùn)或方位標(biāo)簽。所有的包裝零件或組件要依照應(yīng)用材料規(guī)范0251-05100的要求做裝運(yùn)準(zhǔn)備。標(biāo)識若無其它說明﹐零件的標(biāo)識要符合應(yīng)用材料規(guī)范0250-01033。若無其它說明﹐零件的包裝標(biāo)識要符合應(yīng)用材料規(guī)0250-60124。

証明5.3.1

生產(chǎn)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(jié)果。也應(yīng)包括目視檢驗和黑光檢驗結(jié)果﹐標(biāo)明熱處理等級。依照應(yīng)用材料規(guī)范0250-36352準(zhǔn)備証明文件。PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.190250-35000總要求總要求﹕

1)化學(xué)鍍鎳前要完成機(jī)加工﹔

2)化學(xué)鍍鎳后所有圖面上的尺寸要符合規(guī)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(xué)鍍鎳之前﹐所有的pin孔或螺紋孔要遮蔽﹔

5)所有的標(biāo)準(zhǔn)器件﹐如pin或牙套等要在化學(xué)鍍鎳之后安裝。

6)化學(xué)鍍鎳之后的重要潮濕表面(用于薄片加工或薄片轉(zhuǎn)換)不允許機(jī)加工或重工PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.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(guī)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(biāo)準(zhǔn)。由于材料不規(guī)則﹐機(jī)加工﹐搬運(yùn)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(zhuǎn)移的重要潮濕表面﹐不能有可見的凹坑。3f)按照規(guī)范0250-01264中所述的方法作業(yè)﹐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(yīng)用材料規(guī)范0250-01019的檢驗方法進(jìn)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(rèn)外觀缺陷和不良。PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.21高磷化學(xué)鍍鎳的要求PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.22高磷化學(xué)鍍鎳測試和檢驗標(biāo)準(zhǔn)PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.230250-35000圖面要求簡單介紹無牙孔,pin孔等有牙孔,pin孔等無制程區(qū)域PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.24AMAT0250-07726規(guī)范介紹0250-07726等級依熱處理也分為三種與0250-35000是一致的，見Page120250-07726依含磷的多少分為兩種TypeA:含磷量10~12%TypeB:含磷量5~9%以0250-07726規(guī)范生產(chǎn)的工件膜厚依照工件圖面所規(guī)定，其它基本與0250-35000相同PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.25MIL-C-26074規(guī)范以熱處理方式分為4類PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.26MIL-C-26074E規(guī)范以膜厚方式分為3個等級PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.27AMAT0250-274480250-27448是比較常用的中磷化學(xué)鍍鎳規(guī)范以熱處理方式它分為2種,含磷量7~10wt%,其它原理與0250-35000同PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.28AMS2404E以熱處理方式分為4類PrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechnologyInc.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1~2mm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(jié)合天車上掛注：上掛時一定要注意工件上掛方位，不能出現(xiàn)工件角落、腔內(nèi)積氣。噴水：1.當(dāng)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(jìn)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(yīng)注意保護(hù)工件，防止劃傷工件注：ENP工件下掛完成應(yīng)直接送到無塵室，越快越好。小中型工件下掛和運(yùn)輸?shù)綗o塵室的時間隻能相隔30min，大型工件1~1.5hPrintDate:18-Dec-25FoxsemiconIntegratedTechn