目前正在开发新方法来分析原位的一系列参数;例如，电镀镍浴的pH，镍浓度和还原剂浓度。
这些发展有可能使生产线上的沉积过程自动控制。
本文探讨了用于自动化化学监测系统的分析技术的例子。本文还介绍了对这些技术的评估，包括用于评估系统性能的数千个数据点。
PCB制造商必须遵守禁止使用铅的法规，要求广泛使用其他饰面，如ENIG(化学镍/浸没金)，浸没锡和浸没银。
特别是，ENIG提供了一种高度可焊的表面，不会变色或失去光泽，因此与其他替代漆相比，确保了相对较长的存储时间。
ENIG也被视为有效的屏障，避免铜扩散并确保PCB焊盘保持可焊性。
ENIG表面处理的一个潜在缺点是在浸金沉积过程中镍可能腐蚀。这种缺陷通常被称为“黑镍”或“黑垫”。1黑色的焊盘通常会导致可焊性失效，所以应该避免。
镍层的结构和磷含量是决定随后黑色垫层形成的关键因素，这些因素与化学镀镍液的pH值和组成有关。
因此，无缺陷的ENIG过程的关键是保持精确的控制化学镀镍浴。
Bath属性将随着解决方案的老化而改变，这是通过组件的使用和副产品的创建而发生的。
适当控制浴缸需要有关浴室的性质的准确信息，允许相应地进行调整。考虑到这一点，准确分析浴室的能力是朝着有效控制化学镀镍浴的第一步。
电镀依赖于外部电路以提供足够的电子以将金属离子降低到金属沉积物中，但无电气过程必须利用还原剂提供这些电子。
次亚磷酸钠是化学镀镍液中最常用的还原剂。
本文探讨了一种分析二价镍(Ni2+)、次亚磷酸钠浓度及浴液pH值。
分析方法和结果
使用ECI技术公司的Quali-Stream在线化学监测系统(图1)分析pH值和镍浓度。
图1。在本工作中用于控制化学镍浴的Quali-Stream在线浴分析仪。图像信用：ECI技术
该系统能够从两个生产槽中交替取样和分析溶液。这个过程是基于预定义的时间表，一旦分析完成，解决方案将自动返回到原始的生产罐。
在系统的左侧面板上可以找到各种油箱的溶液入口和出口。
镍浓度分析采用基于比尔定律的光谱分析方法。入射光被分析的溶液部分吸收，这意味着镍浓度越高，吸光度越强，因此相应波长范围的出射光信号就越弱。
使用光纤在运输到内部高性能检测器之前收集外光，以进行敏感，准确分析。
通过测量预先仔细制备的已知不同镍浓度的溶液的吸光度来构建校准曲线（图2）。
图2。镍浓度的校准曲线。图像信用：ECI技术
通过将吸光度映射到校准曲线来测量罐溶液吸收吸收液。这是由专业软件执行的自动过程，以消除其他物种的任何贡献。
测量二价镍浓度的系统的性能测试结果显示在图3中。
图3。镍浓度分析的性能检查。图像信用：ECI技术
在三天内收集了4 000多个数据点，光谱仪在适当的时间间隔自动校准。
图3证实分析方法在分析相同的6.0g / l镍浓度的标准溶液时实现了非常高的精度。测试期间的最高读数被发现为6.094克/升，而最低读数记录为5.922克/升。
通过对数据集的统计分析，进一步证实了该方法的高可靠性，相对标准偏差为0.86%。
使用Quali-Stream分析仪内置的pH计进行pH的测量。该系统的pH测量的长期性能测试显示在图4中。
图4。pH值分析性能检查。图像信用：ECI技术
在进行镍浓度测试的同时，采集了4000多个数据点。在三天的时间内，pH值输出读数保持在一个狭窄的范围内。最大读数为4.727 pH单位，最小读数为4.740 pH单位。
数据集的统计分析显示相对标准偏差为0.06%。进一步进行了一系列测试，以确认系统pH值测量的准确性。第二组性能测试包括在不同温度下测量一个缓冲溶液的pH值。
有充分的证据表明，pH值随溶液温度的变化而变化，即使测量的是同一溶液。图5(蓝色数据集)显示了本次实验的pH值与温度的对比结果。
图5。在多温度下测量pH缓冲液的结果。图像信用：ECI技术
这与已发布的数据（粉红色数据集）非常密切地匹配，验证系统的性能。
采用循环伏安溶出法(CVS)分析还原剂。这是测定电镀铜液中有机成分浓度最适用的方法。2
一种Qualilab电镀浴分析仪本例中使用了来自ECI Technology, Inc.的产品。次磷酸钠浓度分析采用CVS技术，在铂工作电极上施加循环电位浸泡在工作溶液中。
溶液中含有铜离子，旁边是被分析的工艺槽中精确稀释的浴液样品。
循环电位在预定的正和负限值之间移动。在循环的负电位部分期间在循环的正电位部分剥离之前，铜沉积到工作电极上。
溶液中添加剂的浓度会影响铜在工作电极上的镀速率。
铜在工作溶液中的沉积速率随还原剂浓度的增加而单调增加。应该注意的是，Cu是CVS分析中使用的工作金属，尽管实际上是化学镍溶液中的还原剂浓度被分析。
图6显示了次亚磷酸钠浓度对监测CVS进展的伏安图- I-V图的影响。
图6。次亚磷酸钠浓度(#1 < #2 < #3 < #4)对伏安图的影响。图像信用：ECI技术
四个仔细的次磷酸盐浓度的测试溶液提供了电压扫描期间的不同I-V曲线。
曲线下面的封闭区域(称为“峰值区域”或Ar)被发现与电流对施加电压的积分相对应。因此，这些面积与电镀或剥离速度成正比。
可以构建一个电镀峰面积与次亚磷酸盐浓度的校准曲线(图7)，允许对未知溶液的峰面积进行比较，以确定其次亚磷酸盐浓度。
图7。CVS峰面积与溶液中次亚磷酸盐浓度的校准曲线。图像信用：ECI技术
长期统计证实，利用CVS测量次亚磷酸酯浓度有潜力达到优于4%的相对准确性和3.5%的重复性。
总结和结论
上面概述了分析化学镍浴中pH值和镍浓度的方法，基于适当专业知识的工程努力已经将这些新方法集成到一个自动化系统中。
这个新系统有助于PCB生产环境中罐解决方案的实时分析。
相应的长期结果证实了测量的高精度和可重复性。基于这些分析结果的闭环给药可以保护化学镀镍浴的稳定性，这是生产工程师完全控制其零件的质量。
使用CVS技术和单独的实验室分析仪可以测量化学镍溶液中的还原剂，但在这种情况下，需要手动从容器中取样。
对于分析，也建立了具有可比精度的类似分析方法化学铜溶液，化学钴溶液和钯活化溶液。还提供了一些关于一些主题的讨论。3.
参考
- 乔治米拉德和吉姆马丁，“化学镀镍/浸入金，可焊性和焊接接头可靠性作为过程控制的功能，”电路设备，2000年10月。
- D. Tench和C. Ogden，“一种新的伏安剥离方法，适用于铜焦磷酸铝镀铜浓度的测定，”J. Electrochem。SOC。ñ。125，p。194（1978年）。
- P. Bratin等，“化学沉积槽化学计量学的发展”，ISTC论文集，2006年3月。
致谢
由ECI技术的Eugene 亚博网站下载Shalyt, Semyon Aleynik, Michael Pavlov, Peter Bratin和陈婷Lin原创的材料制作。
这些信息已经从ECI技术公司提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问ECI技术。