金面花斑改善研討

周愛明 葉漢雄

（惠州中京電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516008）

金面花斑改善研討

周愛明 葉漢雄

（惠州中京電子科技股份有限公司，廣東 惠州 516008）

通過管控防焊顯影水洗、沉金微蝕缸微蝕量，改善銅面水跡印微蝕不均勻?qū)е碌慕鹈婊ò邌栴}。

水洗；微蝕；歧化反應(yīng)

1 前言

在PCB制造行業(yè)，沉金后金面花斑問題時有發(fā)生，如果進(jìn)行返工處理風(fēng)險非常大，有可能造成批量報(bào)廢。必須查明產(chǎn)生不良問題的原因提前預(yù)防，改善金面花斑產(chǎn)生的幾率，從而提高產(chǎn)品品質(zhì)。

2 問題現(xiàn)狀

生產(chǎn)板在沉金線先后出現(xiàn)較嚴(yán)重的金面花斑問題（見圖1）。經(jīng)跟進(jìn)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該幾批問題板在沉金之前銅面均存在不同程度水跡印，經(jīng)過沉金線無法完全除去，導(dǎo)致了沉金后金面花斑的產(chǎn)生，而沉金前按正常生產(chǎn)條件再次在防焊（阻焊）作微蝕前處理之后進(jìn)行沉金，金面花斑問題可以得到有效的解決。

3 試驗(yàn)方案

3.1 板面水跡印問題產(chǎn)生的原因及對金面花斑問題的影響

在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生金面花斑的問題板在沉金之前板面均有不同程度的水跡印，再查看防焊顯影后的板，發(fā)現(xiàn)板面上確實(shí)存在相似的水跡印，即使在顯影后沒有的在固化后也大都會表現(xiàn)出來，因此不可否認(rèn)是防焊顯影問題是導(dǎo)致水跡印產(chǎn)生的主要因素。同時，幾乎所有型號的防焊顯影板板面均有水跡印問題，但是并不是所有型號的生產(chǎn)板沉金后都會出現(xiàn)金面花斑問題。因此認(rèn)為：防焊顯影水跡印問題是導(dǎo)致沉金后金面花斑的重要因素，但不是唯一的因素。

為解決顯影后板面水跡印問題，采取以下試驗(yàn)方案：

（1）增加防焊顯影機(jī)烘干溫度，由原先的（50 ±5）℃改為（60±5）℃，同時更換水洗槽水洗水，進(jìn)行試板以考察改善烘干﹑水洗效果對板面水跡印的影響。

（2）在顯影槽出口段加上擋水滾輪，在水洗槽出口加上吸水海棉輪，以減少顯影藥水及水洗水的帶出。

3.2 沉金線微蝕缸微蝕量對金面花斑問題的影響

在調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，以往多次的板面水跡印問題都可以通過防焊前處理水平微蝕后得以解決，因此不排除金面花斑問題是由于沉金線微蝕缸微蝕效果不理想，清除不了板面水跡印而導(dǎo)致的。如問題板，用50倍放大鏡可以看到花斑的地方較其他地方的金面粗糙，從而出現(xiàn)花斑色差。究其原因是銅面微蝕效果差造成的。而影響銅面微蝕不均勻的主要因素是沉金線的微蝕缸微蝕量偏低。

檢查化驗(yàn)室的沉金線藥水分析紀(jì)錄，發(fā)現(xiàn)以上各次出現(xiàn)金面花斑問題時均是沉金線剛更換了微蝕缸藥水后因銅離子偏低（＜5 g/L）微蝕量不足情況下生產(chǎn)的板。因此，沉金線微蝕量控制不合理也是導(dǎo)致金面花斑的因素之一。

為了證實(shí)沉金線微蝕量不足導(dǎo)致沉金后金面花斑問題，作以下試驗(yàn)：

（1）1月8日生產(chǎn)板在1#沉金線生產(chǎn)時由于發(fā)現(xiàn)金面花斑問題而暫時停產(chǎn)，經(jīng)檢查化驗(yàn)室分析紀(jì)錄，1#沉金線微蝕缸剛換槽，Cu2+含量為零。1月9日早班，分析1#沉金線微蝕缸藥水濃度，測定微蝕量，使所有參數(shù)均在控制范圍：

NPS：106.1 g/L（90 g/L ～ 130 g/L）

H2SO4：38.9 ml/L （205 ml/L ～ 45 ml/L）

Cu2+：8.13 g/L（＜15 g/L）

微蝕量：1.2 μm/min （1.2 ml/min ～ 2.0 ml/min）；

用20塊生產(chǎn)板做試板，考察在保證沉金線微蝕量足夠情況下沉金后生產(chǎn)板的情況。

（2）1月8日晚班及1月9日早班分別在2#沉金線試驗(yàn)采用不同微蝕缸銅離子含量（1月8日晚班Cu2+含量為3g/L，1月9日早班Cu2+含量為5.31 g/L）對問題板金面花斑問題的影響。以同樣有水跡印引起的花斑問題的板作測試。

4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）板面水跡印問題產(chǎn)生的原因及對金面花斑問題的影響試驗(yàn)結(jié)果

①增加防焊顯影機(jī)烘干溫度、更換水洗水試驗(yàn)結(jié)果

在加強(qiáng)烘干效果前防焊顯影板板面100%有水跡印，但加強(qiáng)后問題率減少到70%左右，且水跡印輕微很多。因此，可以判定加強(qiáng)干板效果和水洗效果有利于減少顯影水跡印問題。

②在顯影槽出口段加上擋水滾輪，在水洗槽出口加上吸水海棉輪對改善顯影水跡印試驗(yàn)結(jié)果。試板40塊，顯影后檢查100%有水跡印，但較以前水跡印問題稍有減輕。

（2）沉金線微蝕缸微蝕量對金面花斑問題的影響試驗(yàn)結(jié)果

①1#沉金線試板結(jié)果

試板20塊，在沉金線微蝕缸Cu2+8.13 g/L，微蝕量1.2 μm/min的條件下進(jìn)行沉金，IPQC檢查全部OK。

②2#沉金線試板結(jié)果（表1）

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，沉金線微蝕缸微蝕效果對金面花斑問題有著重要的影響。

5 原因分析

5.1 防焊顯影水跡印產(chǎn)生的原因

分析水跡印產(chǎn)生原因，主要受防焊顯影機(jī)現(xiàn)時條件所影響。主要有以下幾點(diǎn)：

（1）近一段時間為減少顯影機(jī)的阻焊反粘問題，防焊顯影段后的擋水輥及水洗后的海綿轆拆去。而擋水輥的拆去使顯影藥水帶出較嚴(yán)重，污染水洗槽，降低了水洗能力。

（2）吸水海棉輥的拆去，增加了板面帶進(jìn)烘干段的水量，增加烘干段的負(fù)擔(dān)，減低烘干效果。

5.2 沉金線微蝕缸微蝕量的控制

現(xiàn)時我公司1#﹑2#沉金線均是使用NPS-H2SO4型微蝕液。NPS（Na2S2O8）是一種咬蝕比較穩(wěn)定的微蝕劑，在H2SO4的配合下對銅的表面進(jìn)行輕微蝕刻，能確保完全清除銅箔表面的氧化物，同時可以細(xì)化銅表面晶體結(jié)構(gòu)，增加銅面表面積，利于后面鎳的沉積，同時可以降低沉金后金面的粗糙情況。

微蝕過程的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理：

微蝕量的影響因素除受處理時間﹑溫度﹑NPS及H2SO4的濃度以外，主要還受藥液中銅離子含量的影響。微蝕過程的化學(xué)反應(yīng)如下所示：

上述反應(yīng)方程式中式（2）屬于相向進(jìn)行的歧化反應(yīng)。以上二式相互配合，是整個的蝕銅反應(yīng)。微蝕的整個過程可以分為以下三個階段：

5.2.1 反應(yīng)起始和加速階段

反應(yīng)起始階段主要發(fā)生（1）的反應(yīng)，由于此時Cu2+含量較低，蝕銅速率較慢，微蝕量達(dá)不到要求。當(dāng)反應(yīng)（1）發(fā)生后，隨著溶液中銅離子濃度的不斷上升，反應(yīng)（2）開始發(fā)生，反應(yīng)進(jìn)入加速階段。并且隨著溶液中銅離子的增加，歧化反應(yīng)（2）正向方向的反應(yīng)也在慢慢加大，兩反應(yīng)相互配合，共同進(jìn)行蝕銅。一般反應(yīng)起始和加速階段可延續(xù)到Cu2+含量在5 g/L左右范圍內(nèi)。但此時微蝕量仍然達(dá)不到要求。

5.2.2 反應(yīng)平穩(wěn)階段（最佳蝕刻階段）

當(dāng)反應(yīng)加速到一定程度（Cu2+＞5 g/L左右），銅離子濃度的增加開始抑制式（1）的加速，反應(yīng)速度趨于平衡﹔而歧化式（2）由于是相向的，正向反應(yīng)與反向反應(yīng)趨于平衡，整體反應(yīng)速度也趨于平穩(wěn)，微蝕量也趨于平穩(wěn)。在此階段是最佳微蝕階段，最有利于生產(chǎn)，一般可延續(xù)到銅離子含量在15 g/L ～ 20 g/L（也有25 g/L以上）左右的上限范圍。產(chǎn)。通常情況下在開缸配槽時，可通過計(jì)算保留一定量舊液或直接加入硫酸銅，保持銅離子含量在5 g/L左右。圖中，a﹑b兩點(diǎn)間是最佳銅離子含量范圍，此時的微蝕量足夠，且變化平穩(wěn)，對生產(chǎn)極其有利。但是a﹑b兩個點(diǎn)是不定的，受多方因素影響，但一般a點(diǎn)在5 g/L左右，而b點(diǎn)則范圍較大，多在15 g/L ～ 20 g/L之間，也有在20 g/L以上，視不同的條件而定。

6 結(jié)論

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，金面花斑問題主要是由于以下兩個方面共同造成：

（1）防焊顯影問題是導(dǎo)致板面水跡印產(chǎn)生的主要因素。

（2）沉金線微蝕缸微蝕量控制不合理（主要是銅離子含量），針對銅面有水跡印的板微蝕處理不均勻，不能有效清除板面水跡印和細(xì)化銅面晶體結(jié)構(gòu)，最后導(dǎo)致金面花斑問題的產(chǎn)生。

（3）通過改善防焊顯影機(jī)的烘干及水洗效果，減少板面水跡印，同時控制好沉金線微蝕缸銅離子含量，保證生產(chǎn)時有足夠的微蝕量，可以有效解決金面花斑問題。

通過合理管控防焊顯影水洗以及沉金微微蝕量，沉金后金面花斑問題可得到有效改善。本文難免有不足或謬誤之處，望同行給予批評指正，為行業(yè)發(fā)展共同努力。

5.2.3 反應(yīng)減速階段

當(dāng)Cu2+含量繼續(xù)上升到平穩(wěn)階段的上限時，式（2）正反方向反應(yīng)仍處于平衡階段，但式（1）速度開始下降。隨著Cu2+含量的繼續(xù)上升，反應(yīng)速度下降加快，微蝕量也迅速下降，并趨于零。

微蝕量與銅離子的關(guān)系如下“微蝕量——Cu2+含量曲線圖”所示（圖2）。

從圖2中可以看出，當(dāng)銅離子濃度偏低時（起始和加速階段），微蝕量偏低，且極不穩(wěn)定，不利于生

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1009-0096（2014）02-0057-02