一種PCB電鍍銅顆粒成因及機(jī)理分析

鄭 凡

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510730 ）

在PCB電鍍生產(chǎn)過程中主要缺陷有以下幾種，銅粒，凹痕、凹點(diǎn)、板面燒焦、層次電鍍、表面氧化等；在這幾種表面缺陷中銅粒的影響極為嚴(yán)重，且難以修理和返工?，F(xiàn)對(duì)全板硫酸銅電鍍后出現(xiàn)的一種有規(guī)律的板面銅顆粒的產(chǎn)生原因，及其反應(yīng)機(jī)理分析，以便解決此類問題。

1 銅顆粒影響因素

1.1 問題描述

缺陷圖1的鍍銅缺陷分析，不良處銅顆粒的分布具有一定的規(guī)律成條狀分布，不是整板隨機(jī)分布。

圖1 板鍍銅顆粒切片分析

1.2 生產(chǎn)中板面銅粒產(chǎn)生的因素

（1）化學(xué)鍍銅工藝可能引起的板面銅粒?；瘜W(xué)鍍銅流程中若有某個(gè)參數(shù)出現(xiàn)偏差都有出現(xiàn)銅顆粒的可能，除板面氧化造成的以外，一般在板面上分布較為均勻，規(guī)律性較強(qiáng)，且在此處產(chǎn)生的污染無(wú)論導(dǎo)電與否，都會(huì)造成電鍍銅板面銅粒的產(chǎn)生.

（2）板鍍工藝可能引起的板面銅粒。酸銅電鍍銅缸造成板面銅粒的原因大概歸納為幾方面：

①槽液參數(shù)維護(hù)方面，包括硫酸含量過高，銅含量過低，槽液溫度低或過高，特別沒有溫控冷卻系統(tǒng)的工廠，此時(shí)會(huì)造成槽液的電流密度范圍下降，按照正常的生產(chǎn)工藝操作，可能會(huì)在槽液中產(chǎn)生銅粉，混入槽液中。

②生產(chǎn)操作方面主要打電流過大，夾板不良，空夾點(diǎn)，槽中掉板靠著陽(yáng)極溶解等同樣會(huì)造成部分生產(chǎn)板電流過大，產(chǎn)生銅粉掉入槽液，逐漸產(chǎn)生銅粒故障。

③物料方面主要是磷銅角磷含量和磷分布均勻性的問題；生產(chǎn)維護(hù)方面主要是大處理，銅球添加時(shí)掉入槽中，碳處理時(shí)陽(yáng)極清洗和陽(yáng)極袋清洗不好，存在一些隱患。碳處理時(shí)應(yīng)將銅球表面清洗干凈，并用雙氧水微蝕出新鮮銅面，陽(yáng)極袋應(yīng)先后用硫酸雙氧水和堿液浸泡，清洗干凈，特別是陽(yáng)極袋要用5-10微米間隙PP濾袋。

導(dǎo)致此類缺陷影響因數(shù)中沉銅過程和電鍍銅缸的異常關(guān)系較大。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

PCB從沉銅到板鍍之間的主要流程如下；

薄板架上板→沉銅→水洗→除油→水洗→酸浸→板鍍

板鍍有兩種電鍍方式；電鍍一次鍍夠和正常板電鍍。電鍍一次鍍夠板和正常板在流程上的主要區(qū)別是一次鍍夠板采用電鍍薄板架方式上板，根據(jù)流程進(jìn)行模擬對(duì)比試驗(yàn)，找出產(chǎn)生問題的原因。

2.2 根據(jù)流程設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)

（1）沉銅和板鍍流程正交試驗(yàn)（表1），找到造成板面粗糙的主要原因。

通過以上4因數(shù)2水平的正交試驗(yàn)，試圖找出導(dǎo)致電鍍銅顆粒的最大影響因數(shù)，再現(xiàn)銅顆粒產(chǎn)生的原因。

（2）板鍍用掛具差異的正交試驗(yàn)（表2）

表1 因數(shù)正交試驗(yàn)

表2 掛具層別試驗(yàn)

通過以上實(shí)驗(yàn)中層別出來(lái)的顯著影響因數(shù)對(duì)兩種上板方式層別出進(jìn)一步的原因。

2.3 鍍層檢驗(yàn)

采用金相顯微鏡觀察銅面的表觀狀況，識(shí)別出銅顆粒的結(jié)晶大小及顆粒的嚴(yán)重程度。

通過水晶膠切片在高倍顯微鏡下觀察銅顆粒內(nèi)部形態(tài)以及形成時(shí)間。

3 結(jié)果與討論

3.1 因素正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 因數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出通過異常放大后的實(shí)驗(yàn)都有銅顆粒的產(chǎn)生，但是從以上不良點(diǎn)分布看和本文所要闡述的問題不一致，呈無(wú)規(guī)律分布，嚴(yán)重程度上看沉銅影響因素較大。

3.2 掛具層別試驗(yàn)結(jié)果

以表4可以看出連續(xù)使用的薄板掛籃生產(chǎn)的一次鍍夠的板有和本文所闡述相同的缺陷.

表4 掛具層別試驗(yàn)結(jié)果

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

綜合以上分析，將生產(chǎn)控制點(diǎn)全面排查后，發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)薄板（一次鍍夠板）所使用的沉銅掛籃和板鍍?cè)趻旎@上隔離線對(duì)應(yīng)的板面上都有掛籃印，板鍍后板面的銅粒也基本上是一條一條的分布（圖2）。

圖2 薄板掛具上板示意圖

從圖3中切片看銅顆粒中無(wú)任何雜質(zhì)。

圖3 板面顆粒狀況

以上結(jié)果總結(jié)具有以下特點(diǎn)：

（1）銅粒形態(tài)基本上都是一條一條的，有規(guī)律性。

（2）銅粒內(nèi)未包裹雜質(zhì)，碳粉等污染物，為實(shí)心銅粒。

（3）問題板基本上都是要使用薄板掛籃生產(chǎn)的。

機(jī)理分析：在沉銅槽中會(huì)出現(xiàn)化學(xué)鍍銅浴的分解，有時(shí)被認(rèn)為是“觸發(fā)”作用，它是從化學(xué)鍍銅浴內(nèi)快速鍍出銅造構(gòu)成的。其本質(zhì)上是因銅的還原反應(yīng)已失去控制，一旦開始就難以停止；其最終結(jié)果是鍍槽上都鍍上了銅。在使用未及時(shí)剝掛的沉銅掛籃生產(chǎn)時(shí)，由于多次使用，掛籃上特氟龍材質(zhì)的隔離線上會(huì)累積更多的活化液 ，在線的附近就會(huì)形成一個(gè)區(qū)域性的“觸發(fā)”現(xiàn)象，使得化學(xué)鍍銅層觸發(fā)分解而附在這些部位的上面；由于快速的沉積也使得這些地方上沉積的銅層松散，而且有細(xì)微毛刺和凸起，電鍍時(shí)就會(huì)放大而形成銅粒。

這一反應(yīng)機(jī)理假設(shè)可以解釋試驗(yàn)事實(shí)：銅粒形態(tài)是有規(guī)律的；銅粒內(nèi)未包裹雜質(zhì)，為實(shí)心銅粒。

預(yù)防措施：

（1）保持沉銅槽藥水活性，使其維持在正常沉積速率范圍內(nèi)。

（2）掛籃需要依照使用次數(shù)，規(guī)定剝掛（使用硝酸浸泡）的頻率。