隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的愈發(fā)激烈,印制電路板的制造商不斷以降低成本來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量,追求零缺陷,以質(zhì)優(yōu)價(jià)廉取勝。作為從事pcb快速打樣業(yè)務(wù)的深圳捷多邦科技有限公司,適應(yīng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展需求,在激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)之下,有著自己的一席之地,在對(duì)客戶對(duì)印制電路板的要求上,捷多邦資深工程師王高工認(rèn)為客戶并沒有單純停留在對(duì)產(chǎn)品性能的可靠性上,同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的外觀也提出了更為嚴(yán)格的要求。而在圖形電鍍銅方面,作為化學(xué)沉銅的加厚層或其它涂覆層的底層,其質(zhì)量與成品的關(guān)系可謂休戚相關(guān)“一榮俱榮,一損俱損”。
因此,捷多邦的王高工認(rèn)為,圖形電鍍銅上的任何缺陷如鍍層粗糙、麻點(diǎn)針孔、凹坑、手印等的存在,嚴(yán)重影響成品的外觀,透過(guò)涂覆其上的阻礙或鉛錫鍍層或是鎳金層,都能清楚的顯露出來(lái)。
針對(duì)圖形電鍍銅常見的系列故障及缺陷,王高工在實(shí)際的操作過(guò)程中針對(duì)這些缺陷進(jìn)行跟蹤調(diào)查、模擬實(shí)驗(yàn),找出產(chǎn)生缺陷的成因,制定切實(shí)的糾正措施,以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
2.缺陷特點(diǎn)及成因
2.1 鍍層麻點(diǎn)
圖形電鍍銅上出現(xiàn)麻點(diǎn),在板中間較為突出,退完鉛錫后銅面不平整,外觀欠佳。
刷板清潔處理后表面麻點(diǎn)仍然存在,但已基本磨平不如退完錫后明顯。此現(xiàn)象出現(xiàn)后首先想到電鍍銅溶液?jiǎn)栴},因?yàn)槌霈F(xiàn)故障的前一天剛對(duì)溶液進(jìn)行活性炭處理,步驟如下:
1)在攪拌條下件下加入2升H2O2
2)充分?jǐn)嚢韬髮⑷芤恨D(zhuǎn)至一個(gè)備用槽中,加入4kg活性碳細(xì)粉,并加入空氣攪拌2小時(shí),之后關(guān)閉攪拌,讓溶液沉降。
從調(diào)查中發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)線考慮到次日有快板,當(dāng)晚將溶液從備用槽中轉(zhuǎn)回工作槽。未經(jīng)過(guò)充分過(guò)濾沉降活性炭,而轉(zhuǎn)移溶液時(shí)未經(jīng)循環(huán)過(guò)濾泵(慢)直接從工作槽的輸出管理返回(管道粗,快)。因?yàn)槿芤恨D(zhuǎn)回工作槽后已過(guò)下班時(shí)間,電鍍?nèi)藛T沒有小電流密度空鍍處理陽(yáng)極。在4月3日按新開缸液加完光亮劑FDT-1就開始電鍍。
問(wèn)題已經(jīng)清楚,電鍍銅上有麻點(diǎn),來(lái)源于電渡溶液里的活性炭顆粒或其它臟東西。因?yàn)檎{(diào)度安排工作急,電鍍?nèi)藛T未按照工藝文件的程序進(jìn)行操作,溶液沒有充分循環(huán)過(guò)濾,導(dǎo)致溶液里的機(jī)械雜質(zhì)影響鍍層質(zhì)量。另一個(gè)因素是磷銅陽(yáng)極清洗后,未通過(guò)電解處理直接工作,沒來(lái)得及在陽(yáng)極表面生成一層黑色均勻的“磷膜”,導(dǎo)致Cu+大量積累,Cu+水解產(chǎn)生銅粉,致使鍍層粗糙麻點(diǎn)。
金屬銅的溶解受控制步驟制約,Cu+不能迅速氧化成Cu2+.而陽(yáng)極膜未形成,Cu-e.Cu2+ 的反應(yīng)不斷以快的方式進(jìn)行,造成Cu+的積累,而Cu+具有不穩(wěn)定性,通過(guò)歧化反應(yīng):2Cu+.Cu2+Cu,所生成的 會(huì)在電鍍過(guò)程中以電泳的方式沉積于鍍層,影響鍍層的質(zhì)量。陽(yáng)極經(jīng)過(guò)小電流電解處理后生成的陽(yáng)極膜能有效控制Cu的溶解速度,使陽(yáng)極電流效率接近陰極電流效率,鍍液中的銅離子保持平衡,阻止Cu+的產(chǎn)生,保持鍍液正常工作。
這次電鍍銅的缺陷也暴露出一些問(wèn)題:操作人員有時(shí)因?yàn)闀r(shí)間、工時(shí)、生產(chǎn)量的關(guān)系而忽略生產(chǎn)程序,影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以生產(chǎn)操作要嚴(yán)格按照工藝文件執(zhí)行,不能因?yàn)樯a(chǎn)任務(wù)緊,周期短而違規(guī)操作。否則會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題而返工或者造成報(bào)廢,影響產(chǎn)品合格率,進(jìn)而影響生產(chǎn)周期,降低信譽(yù)度。
故障排除:在找出原因后,更換圖形電鍍銅溶液的濾芯,加強(qiáng)過(guò)濾;另外準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)板500mm×500mm分別對(duì)6個(gè)電鍍槽位的陽(yáng)極進(jìn)行電解處理。這樣除了生產(chǎn)的快板有鍍層麻點(diǎn)的缺陷外,次日生產(chǎn)的印制電路板已經(jīng)完全正常。
2.2 鍍層發(fā)花(樹枝狀)
圖形電鍍銅的表面發(fā)花,特別是大面積鍍層上尤為明顯,似樹枝狀,有長(zhǎng)有短。而電鍍面積小,待鍍面積為焊盤或細(xì)線條的PCB板子在同一天電鍍后幾乎為零缺陷,所以剛開始出現(xiàn)鍍層發(fā)花的現(xiàn)象沒有引起足夠的重視,叛斷為偶然因素:PCB板子的、基材問(wèn)題,或是孔金屬化后圖形轉(zhuǎn)移前浮石粉刷板機(jī)的刷痕。后來(lái)隨著生產(chǎn)量的增加,PCB板面發(fā)花的數(shù)量愈來(lái)愈多,特別是圖號(hào)為MON?_1的印制電路板,尺寸為265mm×290mm,電鍍面積A面面積為2.35dm2,B面面積為4.48 dm2,整個(gè)PCB板面幾乎有一半的面積需要圖形鍍銅,因此圖形電鍍發(fā)花的現(xiàn)象一覽無(wú)余,嚴(yán)重影響印制電路板外觀。大量缺陷的PCB板子出現(xiàn),分析特點(diǎn)找出原因并徹底排除故障不容緩。為此,我中心為了達(dá)到客戶滿意度,質(zhì)量部門將這批鍍層有缺陷的PCB板子全部截留:不論是大面積鍍層發(fā)花,還是線條上的細(xì)絲狀痕跡。
質(zhì)量是企業(yè)的生命,我們技術(shù)部針對(duì)鍍層發(fā)花的、進(jìn)行探究:
1)首先根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),判斷為圖形電鍍前處理的弱腐蝕和預(yù)浸液時(shí)有大量的有機(jī)物。因?yàn)槿ビ秃髧娏芩纯赡懿怀浞郑瑢⑷ビ鸵豪锏挠袡C(jī)物帶入后面的工作槽選成二次污染,而有機(jī)物吸附在PCB板面待鍍圖形上就會(huì)影響 在陰極上的吸附,從而影響鍍層外觀。據(jù)此將弱腐蝕和預(yù)浸液重新開缸,之后生產(chǎn)的印制缺陷有所減少,但是PCB板面發(fā)花的現(xiàn)象并沒完全消失。看來(lái),以往的經(jīng)驗(yàn)在這次的故障排除中并沒有完全生效,繼而把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移:莫非去油液有問(wèn)題?去油液老化、去油不凈造成?檢查其溫度、成分均屬正常范圍。為了盡快弄清楚產(chǎn)生缺陷的根源,通過(guò)霍爾槽試驗(yàn):用一塊小銅片,經(jīng)過(guò)木炭機(jī)械刷洗后沖凈作為陰極電鍍,結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣片高區(qū)上有枝狀鍍層,平整性差。因?yàn)闃悠唇?jīng)去油液,而是通過(guò)機(jī)械去油,仍然有枝狀花紋,可見去油液也不能成為這次故障的元兇。
2)但是霍爾槽試驗(yàn)的結(jié)果為解決問(wèn)題找到了突破口,重心重新轉(zhuǎn)移到圖形電鍍銅溶液上來(lái):立即讓分析人員取樣分析其成份:
Cu2+ 21.29g/l
H2SO4 198.92g/l
CL- 23mg/l
從分析結(jié)果來(lái)看,CL-偏低。但是近一段時(shí)間CL-持續(xù)偏低,因?yàn)槲抑行膶?shí)驗(yàn)室采用比濁法分析CL-誤差大,而在短期內(nèi)未找到更理想的分析方法時(shí),采用配制10mg/l,20mg/l,30mg/l,40mg/l,50mg/l,60mg/l70mg/l,80mg/l,90mg/l,100mg/l氯離子標(biāo)樣濃度,用于對(duì)比得出工作液的深度。但是采用這種方法,生產(chǎn)線CL-的含量仍然維持在30--40mg/l的水平。為了防止添加CL-過(guò)量,生產(chǎn)線采用間隔補(bǔ)加的方式進(jìn)行。難道是CL-偏低造成的鍍層枝狀不平整?進(jìn)一步做霍爾槽試驗(yàn):逐漸補(bǔ)加CL-,隨著CL-濃度的增加,枝狀鍍層的范圍逐漸縮小,由原來(lái)的3/5降為1/5,當(dāng)CL-補(bǔ)加15mg后只有高區(qū)略有條狀不平。接著再添加CL-含量到25mg,霍爾槽的電流密度突然從1A降到0.5A,取出陽(yáng)極后,發(fā)現(xiàn)磷銅陽(yáng)極片上布滿一層白色鈍化膜,可見CL-含量已經(jīng)嚴(yán)重造成陽(yáng)極鈍化;而陰極樣片的中低區(qū)正常,高區(qū)的電鍍質(zhì)量欠佳。在此基礎(chǔ)上(補(bǔ)加15mgCL-后)又分別加入1ml、2ml光亮劑FDT-1,電鍍15分鐘取出樣片,發(fā)現(xiàn)加入2ml光亮劑FDT-1的霍爾槽樣片電鍍層光這平整。
3)在小實(shí)驗(yàn)排除故障后,按照比例加入CL-和光亮劑FDT-1到工作槽,充分的空氣攪拌和循環(huán)過(guò)濾后,將兩塊350mm×350mm尺寸裸銅板擦完板后經(jīng)去油?水洗?弱腐蝕?水洗?浸酸?圖形電鍍銅,正常駐工序出來(lái)后圖形電鍍無(wú)任何缺陷。于是生產(chǎn)線繼續(xù)電鍍,隨后的一天電鍍出來(lái)的印制電路板已完全正常。
可見,造成鍍層發(fā)花的原因很多:去油液、弱腐蝕液、預(yù)浸液、圖形電鍍銅溶液中的氯離子濃度以及光亮劑FDT-1都影響著鍍層的質(zhì)量。氯離子濃度分析的不準(zhǔn)確性直接影響溶液的調(diào)整;而光亮劑FDT-1的添加標(biāo)準(zhǔn)“電流積分測(cè)量鍍槽的導(dǎo)電量”已不能使用,日常光亮劑FDT-1的添加主要結(jié)合霍爾槽試驗(yàn)和當(dāng)日工作量來(lái)調(diào)整。在氯離子和添加劑的協(xié)同作下才能得到理想的鍍層,楞此嚴(yán)格控制工藝參數(shù)是生產(chǎn)出合格品的關(guān)健,否則任何一項(xiàng)參數(shù)失控就會(huì)導(dǎo)致鍍層的缺陷。
2.3 鍍層上的水圈痕跡
尺寸較大的印制電路板圖形電鍍銅上有大量水圈,特別在孔的周圍水圈更為突出。
1)這一現(xiàn)象首先把我們的思路引向水噴淋。因?yàn)閳D形電鍍線的噴淋水路和孔金屬化線公用一套水路系統(tǒng),個(gè)別噴淋管的電磁閥已失效,只能持續(xù)噴水,這樣兩條線同時(shí)工作而且需要同時(shí)噴淋時(shí),水的壓力就會(huì)不足直接影響噴淋效果。為此,試驗(yàn)兩面三刀極杠印制電路板,按照正常程序生產(chǎn),只是在噴淋時(shí)外接一根水管加強(qiáng)水洗,圖形電鍍銅后水圈仍然存在。從缺陷特點(diǎn)分析,電鍍銅面上的缺陷和水滴的痕跡一致,應(yīng)該是水洗耳恭聽的問(wèn)題,可是,與圖形電鍍線的水洗耳恭聽沒有關(guān)系,難道是圖形轉(zhuǎn)移后顯影沖洗不凈造成的?
2)追根溯源,查找圖形轉(zhuǎn)移的水路。原來(lái)是我中心新購(gòu)旱災(zāi)的一臺(tái)電勝曝光機(jī)采用的水循環(huán)制冷方式,其水路和顯影機(jī)的沖洗段用一條水路。曝光機(jī)和顯影機(jī)同時(shí)工作時(shí),顯影機(jī)的沖洗段噴淋壓力小;而且PCB板面尺寸大,特別是上噴淋的水噴到PCB板面上容易淤積,不利于溶液的循環(huán)更新。這樣作為光致抗蝕劑的干膜或濕膜顯完影的殘流液沒有充分沖洗,經(jīng)過(guò)干燥段后,其黏膜水印在隨后的修板工作中不易發(fā)現(xiàn)(不象殘膠有明顯藍(lán)膜);圖形電鍍前處理不易清除,經(jīng)過(guò)一小時(shí)的電鍍銅,其水印的痕跡清楚可辨,且有一定的深度,不容易打磨掉,影響PCB板面外觀。
為了證實(shí)這一結(jié)論,將10塊460mm×420mm圖號(hào)為Y005的印制電路板圖形轉(zhuǎn)移后顯影,5塊風(fēng)干后直接送圖形電鍍線,另5塊顯影后未經(jīng)干燥段而送清洗機(jī)清洗后送圖形電鍍線。經(jīng)同樣的前處理和電鍍銅后比較:經(jīng)過(guò)充分水洗的5塊印制電路板上未發(fā)現(xiàn)水圈,而顯影后直接送圖形電鍍線的5塊印制電路板可明顯的看見水圈。
3)幫障排除:改造曝光機(jī)的水路,使其與顯影機(jī)的水洗兵分兩路;另外在顯影機(jī)的水洗段后又加了上下各3排噴淋管。而且,將圖形電鍍線上失、去作用的噴淋管重新更換。在維修改造之后,圖形電鍍銅質(zhì)量良好。
2.4 鍍層粗糙
PCB板子表面輕微的鍍層粗糙可通過(guò)刷板機(jī)機(jī)械摩擦去除,嚴(yán)重的表面不平整甚至孔里的粗糙造成孔小,影響焊接和電性能,只能報(bào)廢。
引起鍍層粗糙的原因比較容易查找,諸如陰極電流密度過(guò)大,添加劑不足,銅離子含量過(guò)低,圖形面積錯(cuò)誤(過(guò)大)或圖形面積分布嚴(yán)重不均勻等。針對(duì)印制電路板的具體情況一一分析,不難找到鍍層粗糙的原由。譬如整批PCB板子粗糙,應(yīng)該核對(duì)溶液的成分、通過(guò)霍爾槽試驗(yàn)判斷光亮劑是否不足還有電流表是否出現(xiàn)故障。如若個(gè)別PCB板子出現(xiàn)鍍層粗糙,首先核對(duì)生產(chǎn)記錄:電鍍級(jí)別輸入是否正確、電流是否偏大、加工單上圖形面積是不是偏大還有機(jī)器故障(電流表不穩(wěn)定造成電流突然增加),上述原由各種資料介紹的比較多,故障排除并不難,在此不再贅述。
值得注意的是有些印制電路板設(shè)計(jì)的原因,電鍍圖形分布嚴(yán)重不均勻,局部只有孤立的焊盤或幾根細(xì)線條,而其它部位圖形面積過(guò)大,或者A/B面面積相差大。這樣即使電鍍?nèi)芤毫己茫磺袇?shù)正常,也容易出現(xiàn)不合格品。有經(jīng)驗(yàn)可參考:1)電流減半時(shí)間加倍,但這樣會(huì)降低生產(chǎn)效率。2)采用陪鍍的方式,找一些邊角料搭配著一起電鍍,改善電流分布。3)對(duì)于A/B面面積相差大的可分別控制電流。
2.5 滲鍍
圖形電鍍銅滲鍍?cè)斐删€條不整齊,線間距減小,嚴(yán)重的甚至短路。
由于PCB板面清潔不夠(有油污點(diǎn)或氧化)與抗蝕劑結(jié)合不良;或者貼膜輥?zhàn)佑邪伎印⑵毓鈾C(jī)臟點(diǎn)、生產(chǎn)底片局部對(duì)比度差或粘上灰塵,都構(gòu)成圖形電鍍滲鍍的隱患。所以貼膜前的刷板清潔處理工序不容忽視:包括酸洗段的硫酸(10%)及時(shí)更新,刷輥壓力合適,高壓水洗循環(huán)流動(dòng)且清潔,烘干溫度適中,保證PCB板面清潔干燥。另外,貼膜時(shí)根據(jù)板材厚度調(diào)整輥?zhàn)拥膲毫Γx擇合適的溫度、速度。生產(chǎn)底片的品質(zhì)、曝光機(jī)的清潔保養(yǎng)以及凈化間的環(huán)境都要嚴(yán)格控制。預(yù)防滲鍍必須控制圖形轉(zhuǎn)移過(guò)程的生產(chǎn)操作、光致抗蝕劑的品質(zhì)及各項(xiàng)工藝參數(shù)。電鍍操作時(shí)保證抗蝕劑完好,選擇合適的電流密度。這樣就能有效避免滲鍍現(xiàn)象。
2.6 分層
圖形電鍍銅的另一缺陷為銅/銅分層,明顯的分層一目了然,鍍層結(jié)合力較差的用膠帶粘緊后用力扯起,膠帶上會(huì)隨之粘上結(jié)合不牢的鍍層。由于鍍層起泡分層結(jié)合力差,阻礙前刷板時(shí)局部脫落,造成短路的隱患,或者因?yàn)榫植烤€條分層后形成凹面與其它圖形部分不平,印上阻礙后有顏色差異(凹面顏色深),這樣的缺陷都不能被用戶接受。
造成鍍層分層的因素有很多。
3.結(jié)束語(yǔ)
圖形電鍍銅作為印制電路板生產(chǎn)中一個(gè)重要的工序,電鍍質(zhì)量的好壞直接影響著印制電路板的外觀。本文闡述了圖形電鍍銅常見缺陷,并根椐缺陷特點(diǎn)查找故障原因并制定了切實(shí)可行的糾正措施,供同行參考。
評(píng)論
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