图形电镀铜的常见缺陷及故障排除.docx
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图形电镀铜的常见缺陷及故障排除
图形电镀铜的常见缺陷及故障排除
由于行业竞争的激烈,印制板的制造商不断降低成本提高产品质量,追求零缺陷,以质优价廉取胜。
而客户对印制板的要求也没有单纯停留在对产品性能的可靠性上,同时对产品的外观也提出了更严格的要求。
而图形电镀铜作为化学沉铜的加厚层或其它涂覆层的底层,其质量与成品的关系可谓休戚相关“一荣俱荣,一损俱损”。
所以图形电镀铜上的任何缺陷如镀层粗糙、麻点针孔、凹坑、手印等的存在,严重影响成品的外观,透过涂覆其上的阻焊或铅锡镀层或是镍金层,都能清楚的显露出来。
本文通过本人在工作中的几件事情,对图形电镀铜常见的几种缺陷,进行跟踪调查、模拟实验,其过程特作叙述。
镀层麻点
图形电镀铜上出现麻点,在板中间较为突出,退完铅锡后铜面不平整,外观欠佳。
刷板清洁处理后,表面麻点仍然存在,但已基本磨平不如退完锡后明显。
此现象出现后首先我想到电镀铜溶液的问题,因为出现故障的前一天,刚对溶液进行活性炭处理。
步骤如下:
1)在搅拌条件下加入2升H2O2
2)充分搅拌后将溶液转至一个备用槽中,加入4kg活性碳细粉,并加入空气搅拌2小时,之后关闭搅拌,让溶液沉降。
从调查中发现,生产线考虑到次日有快板,当晚将溶液从备用槽中转回工作槽。
未经过充分过滤沉降活性炭,而转移溶液时未经循环过滤泵(慢)直接从工作槽的输出管理返回(管道粗,快)。
因为溶液转回工作槽后已过下班时间,电镀人员没有小电流密度空镀处理阳极,便按新开缸液加完光亮剂FDT-1就开始电镀。
问题已经清楚,电镀铜上有麻点,来源于电渡溶液里的活性炭颗粒或其它脏东西。
因为调度安排工作急,电镀人员未按照工艺文件的程序进行操作,溶液没有充分循环过滤,导致溶液里的机械杂质影响镀层质量。
另一个因素是磷铜阳极清洗后,未通过电解处理直接工作,没来得及在阳极表面生成一层黑色均匀的“磷膜”,导致Cu+大量积累,Cu+水解产生铜粉,致使镀层粗糙麻点。
金属铜的溶解受控制步骤制约,Cu+不能迅速氧化成Cu2+。
而阳极膜未形成,Cu-e.Cu2+的反应不断以快的方式进行,造成Cu+的积累,而Cu+具有不稳定性,通过歧化反应:
2Cu+.Cu2+Cu,所生成的Cu+会在电镀过程中以电泳的方式沉积于镀层,影响镀层的质量。
阳极经过小电流电解处理后生成的阳极膜能有效控制Cu的溶解速度,使阳极电流效率接近阴极电流效率,镀液中的铜离子保持平衡,阻止Cu+的产生,保持镀液正常工作。
这次电镀铜的缺陷也暴露出一些问题:
操作人员有时因为时间、工时、生产量的关系而忽略生产程序,影响产品质量。
所以生产操作要严格按照工艺文件执行,不能因为生产任务紧,周期短而违规操作。
否则会因为质量问题而返工或者造成报废,影响产品合格率,进而影响生产周期,降低信誉度。
故障排除:
在找出原因后,更换图形电镀铜溶液的滤芯,加强过滤;另外准备了实验板500mm×500mm分别对6个电镀槽位的阳极进行电解处理。
这样除了生产的快板有镀层麻点的缺陷外,次日生产的板已经完全正常。
镀层发花(树枝状)
图形电镀铜的表面发花,特别是大面积镀层上尤为明显,似树枝状,有长有短。
而电镀面积小,待镀面积为焊盘或细线条的板子在同一天电镀后几乎为零缺陷,所以刚开始出现镀层发花的现象没有引起足够的重视,判断为偶然因素:
板子的基材问题,或是孔金属化后图形转移前浮石粉刷板机的刷痕。
后来随着生产量的增加,板面发花的数量愈来愈多,特别是尺寸为265mm×290mm的板,电镀面积A面面积为2.35dm2,B面面积为4.48dm2,整个板面几乎有一半的面积需要图形镀铜,因此图形电镀发花的现象一览无余,严重影响印制板外观。
大量缺陷的板子出现,分析特点找出原因并彻底排除故障客不容缓。
为此,质量部门将这批镀层有缺陷的板子全部截留:
不论是大面积镀层发花,还是线条上的细丝状痕迹。
首先根据以往经验,判断为图形电镀前处理的弱腐蚀和预浸液时有大量的有机物。
因为去油后喷淋水洗可能不充分,将去油液里的有机物带入后面的工作槽形成二次污染,而有机物吸附在板面待镀图形上就会影响在阴极上的吸附,从而影响镀层外观不良。
据此,将弱腐蚀和预浸液重新开缸,之后生产的印制缺陷有所减少,但是板面发花的现象并没完全消失。
看来,以往的经验在这次的故障排除中并没有完全生效,继而把重点转移:
莫非去油液有问题?
去油液老化、去油不净造成?
检查其温度、成分均属正常范围。
为了尽快弄清楚产生缺陷的根源,通过霍尔槽试验:
用一块小铜片,经过木炭机械刷洗后冲净作为阴极电镀,结果发现样片高区上有枝状镀层,平整性差。
因为样片未经去油液,而是通过机械去油,仍然有枝状花纹,可见去油液也不是这次故障的元凶。
霍尔槽试验的结果为解决问题找到了突破口,重心重新转移到图形电镀铜溶液上来:
立即让分析人员取样分析其成份:
Cu2+ 21.29g/l
H2SO4 198.92g/l
CL- 23mg/l
从分析结果来看,CL-偏低。
但是最近一段时间CL-持续偏低,因为我们采用比浊法分析CL-误差大,而在短期内未找到更理想的分析方法时,采用配制10mg/l,20mg/l,30mg/l,40mg/l,50mg/l,60mg/l70mg/l,80mg/l,90mg/l,100mg/l氯离子标样浓度,用于对比得出工作液的深度。
但是采用这种方法,生产线CL-的含量仍然维持在30——40mg/l的水平。
为了防止添加CL-过量,生产线采用间隔一次补加一次的方式进行。
难道是CL-偏低造成的镀层枝状不平整?
进一步做霍尔槽试验:
逐渐补加CL-,随着CL-浓度的增加,枝状镀层的范围逐渐缩小,由原来的3/5降为1/5,当CL-补加15mg后只有高区略有条状不平。
接着再添加CL-含量到25mg,霍尔槽的电流密度突然从1A降到0.5A,取出阳极后,发现磷铜阳极片上布满一层白色钝化膜,可见CL-含量已经严重造成阳极钝化;而阴极样片的中低区正常,高区的电镀质量欠佳。
在此基础上(补加15mgCL-后)又分别加入1ml、2ml光亮剂FDT-1,电镀15分钟取出样片,发现加入2ml光亮剂FDT-1的霍尔槽样片电镀层光这平整。
在通过实验排除故障后,按照比例加入CL-和光亮剂FDT-1到工作槽,充分的空气搅拌和循环过滤后,将两块350mm×350mm尺寸裸铜板擦完板后经去油?
水洗?
弱腐蚀?
水洗?
浸酸?
图形电镀铜,正常工序出来后图形电镀无任何缺陷。
于是生产线继续电镀,随后的一天电镀出来的印制板已完全正常。
可见,造成镀层发花的原因很多:
去油液、弱腐蚀液、预浸液、图形电镀铜溶液中的氯离子浓度以及光亮剂FDT-1都影响着镀层的质量。
氯离子浓度分析的不准确性直接影响溶液的调整;而光亮剂FDT-1的添加标准“电流积分测量镀槽的导电量”已不能使用,日常光亮剂FDT-1的添加主要结合霍尔槽试验和当日工作量来调整。
在氯离子和添加剂的协同作业下才能得到理想的镀层,严格控制工艺参数是生产出合格品的关健,否则任何一项参数失控就会导致镀层的缺陷。
镀层上的水圈痕迹
尺寸较大的印制板图形电镀铜上有大量水圈,特别在孔的周围水圈更为突出。
这一现象首先把我们的思路引向水喷淋。
因为图形电镀线的喷淋水路和孔金属化线公用一套水路系统,个别喷淋管的电磁阀已失效,只能持续喷水,这样两条线同时工作而且需要同时喷淋时,水的压力就会不足直接影响喷淋效果。
为此,试验两块板,按照正常程序生产,只是在喷淋时外接一根水管加强水洗,图形电镀铜后水圈仍然存在。
从缺陷特点分析,电镀铜面上的缺陷和水滴的痕迹一致,应该是水洗的问题,可是,与图形电镀线的水洗没有关系,难道是图形转移后显影冲洗不净造成的?
于是,查找图形转移的水路。
原来是我中心新购旱灾的一台曝光机采用的水循环制冷方式,其水路和显影机的冲洗段用一条水路。
曝光机和显影机同时工作时,显影机的冲洗段喷淋压力小;而且板面尺寸大,特别是上喷淋的水喷到板面上容易淤积,不利于溶液的循环更新。
这样作为光抗蚀剂的干膜或湿膜显影完的残流液没有充分冲洗,经过干燥段后,其黏膜水印在随后的修板工作中不易发现(不象残胶有明显蓝膜);图形电镀前处理不易清除,经过一小时的电镀铜,其水印的痕迹清楚可辨,且有一定的深度,不容易打磨掉,影响板面外观。
为了证实这一结论,将10块460mm×420mm的板图形转移后显影,5块风干后直接送图形电镀线,另5块显影后未经干燥段而送清洗机清洗后送图形电镀线。
经同样的前处理和电镀铜后比较:
经过充分水洗的5块印制板上未发现水圈,而显影后直接送图形电镀线的5块印制板可明显的看见水圈。
故障排除:
改造曝光机的水路,使其与显影机的水洗兵分两路;另外在显影机的水洗段后又加了上下各3排喷淋管。
而且,将图形电镀线上失去作用的喷淋管重新更换。
在维修改造之后,图形电镀铜质量良好。
镀层粗糙
板子表面轻微的镀层粗糙可通过刷板机机械摩擦去除,严重的表面不平整甚至孔里的粗糙造成孔小,影响焊接和电性能,只能报废。
引起镀层粗糙的原因比较容易查找,诸如阴极电流密度过大,添加剂不足,铜离子含量过低,图形面积错误(过大)或图形面积分布严重不均匀等。
针对印制板的具体情况一一分析,不难找到镀层粗糙的原由。
譬如整批板子粗糙,应该核对溶液的成分、通过霍尔槽试验判断光亮剂是否不足,还有电流表是否出现故障。
如若个别板子出现镀层粗糙,首先核对生产记录:
电镀级别输入是否正确、电流是否偏大、加工单上图形面积是不是偏大,还有机器故障(电流表不稳定造成电流突然增加),上述原由各种资料介绍的比较多,故障排除并不难,在此不再赘述。
值得注意的是有些印制板设计的原因,电镀图形分布严重不均匀,局部只有孤立的焊盘或几根细线条,而其它部位图形面积过大,或者A/B面面积相差大。
这样即使电镀溶液良好,一切参数正常,也容易出现不合格品。
有经验可参考:
1)电流减半时间加倍,但这样会降低生产效率。
2)采用陪镀的方式,找一些边角料搭配着一起电镀,改善电流分布。
3)对于A/B面面积相差大的可分别控制电流。
渗镀
图形电镀铜渗镀造成线条不整齐,线间距减小,严重的甚至短路。
由于板面清洁不够(有油污点或氧化)与抗蚀剂结合不良;或者贴膜辊子有凹坑、曝光机脏点、生产底片局部对比度差或粘上灰尘,都构成图形电镀渗镀的隐患。
所以贴膜前的刷板清洁处理工序不容忽视:
包括酸洗段的硫酸(10%)及时更新,刷辊压力合适,高压水洗循环流动且清洁,烘干温度适中,保证板面清洁干燥。
另外,贴膜时根据板材厚度调整辊子的压力,选择合适的温度、速度。
生产底片的品质、曝光机的清洁保养以及净化间的环境都要严格控制。
预防渗镀必须控制图形转移过程的生产操作、光抗蚀剂的品质及各项工艺参数。
电镀操作时保证抗蚀剂完好,选择合适的电流密度。
这样就能有效避免渗镀现象。
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