印制板銅鍍層顆粒的形成與控制

王改革，劉秋華，徐杰棟，胡廣群

(江南計(jì)算技術(shù)研究所，江蘇無(wú)錫 214083)

引 言

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，印制板表面的線路也越來(lái)越精細(xì)［1］，這就對(duì)印制板線路表面的平整度提出了更高的要求。在印制板制作工藝流程中，銅鍍層表面顆粒對(duì)印制板的平整度影響很大，在后續(xù)線路制作過(guò)程中，銅鍍層表面顆粒會(huì)導(dǎo)致線路出現(xiàn)缺口、開(kāi)路、短路等異常。因此控制印制板制作過(guò)程中銅鍍層表面顆粒的數(shù)量，對(duì)提高精細(xì)線路印制板的可靠性非常重要［2］。

1 鍍銅層顆粒的產(chǎn)生及分析

印制線路板孔金屬化電鍍流程主要分為前處理、化學(xué)鍍銅及電鍍?nèi)齻€(gè)部分。其中前處理又包含去毛刺及除膠渣兩部分，去毛刺的作用是去除鉆孔過(guò)程中孔口產(chǎn)生的毛刺及板面氧化物。除膠渣的作用有兩個(gè)，一是去除印制板在鉆孔過(guò)程中孔壁內(nèi)層銅上的樹(shù)脂膠渣，避免多層板孔因內(nèi)層銅上樹(shù)脂膠渣殘留，導(dǎo)致內(nèi)層銅與孔銅之間出現(xiàn)導(dǎo)電不良現(xiàn)象;二是在除膠渣的過(guò)程中粗化孔壁以增加化學(xué)鍍銅層與孔壁的結(jié)合力。化學(xué)鍍銅段的主要作用是，使原來(lái)不導(dǎo)電的孔壁變得導(dǎo)電，為后續(xù)電鍍銅做準(zhǔn)備。電鍍段的主要作用是對(duì)印制板表面及孔壁按照鍍銅層厚度要求進(jìn)行加厚，使印制板表面及孔壁的銅層厚度滿足印制板制作要求。印制板在制作過(guò)程中，表面的顆粒對(duì)印制板表面平整度及精細(xì)線路制作影響較大。印制板銅鍍層表面顆粒產(chǎn)生于印制板制作過(guò)程中的電鍍工序。印制板銅鍍層表面顆粒主要是由鍍液中的雜質(zhì)、設(shè)備保養(yǎng)不到位、過(guò)程控制不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻?。本文分析了造成印制板表面顆粒的原因并提出相應(yīng)的控制方法。

印制板銅鍍層表面顆粒的形成原因有許多，孔金屬化電鍍中產(chǎn)生顆粒的表面形狀如圖1所示。從大量的金相圖片中可以歸納出，銅鍍層表面顆粒主要分為兩大類，一類是在化學(xué)鍍銅前及化學(xué)鍍銅過(guò)程中形成的，主要的特征為顆粒物緊貼印制板表面的基銅或孔壁位置，用微蝕液對(duì)金相切片進(jìn)行微蝕處理后會(huì)發(fā)現(xiàn)銅顆粒中間有異物，且異物表面會(huì)被化學(xué)鍍銅層包裹［見(jiàn)圖1(a)］;另一類是在電鍍前處理或電鍍過(guò)程中形成的，顆粒物的表面無(wú)化學(xué)鍍銅層包裹，在其下端或側(cè)面往往會(huì)有銅鍍層［見(jiàn)圖1(b)］。

圖1 印制板表面顆粒金相照片

2 消除鍍銅層顆粒方法

2.1 溶液雜質(zhì)的控制

孔金屬化電鍍各工序在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，印制板在處理過(guò)程中，溶液中的雜質(zhì)會(huì)吸附到印制板表面造成板面顆粒，為控制印制板表面顆粒數(shù)量，應(yīng)從清潔、化學(xué)鍍銅及電鍍?nèi)矫鎸?duì)溶液雜質(zhì)的產(chǎn)生及控制進(jìn)行分析。

2.1.1 清潔槽溶液的控制方法

化學(xué)鍍銅段清潔槽的主要成分是有機(jī)清潔劑，在電加熱過(guò)程中因槽液局部受熱不均會(huì)出現(xiàn)皂化現(xiàn)象，形成的漿體附著在印制板孔壁和板面，電鍍過(guò)程中會(huì)形成顆粒;清潔劑在處理印制板過(guò)程中的分解產(chǎn)物也會(huì)引起印制板表面出現(xiàn)顆粒。

為避免清洗過(guò)程中引起的銅鍍層表面顆粒，在條件允許的情況下，將清潔槽溶液的加熱方式由電加熱器直接加熱調(diào)整為在副槽中使用水浴方式加熱，保證清潔槽溶液受熱均勻，避免清潔劑因局部過(guò)熱出現(xiàn)皂化現(xiàn)象;為避免清潔劑分解的副產(chǎn)物造成印制板銅鍍層表面出現(xiàn)顆粒，清潔槽后一般設(shè)有三道水洗，第一道采用熱水洗，第二道和第三道可常溫水洗，并適當(dāng)增加后兩道水洗槽的進(jìn)水量，保證將板面殘留的清潔劑及其副產(chǎn)物清洗干凈。

2.1.2 化學(xué)鍍銅溶液的控制方法

化學(xué)鍍銅的原理是通過(guò)氧化還原反應(yīng)將銅離子還原后沉積在印制板表面，因化學(xué)鍍銅溶液在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，從而造成槽液中雜質(zhì)增多和積累，化學(xué)鍍銅反應(yīng)速率會(huì)逐漸加快，隨著化學(xué)鍍銅的持續(xù)反應(yīng)，槽液中的雜質(zhì)逐漸增多，此外，化學(xué)鍍銅槽溶液在反應(yīng)過(guò)程中槽底易有銅鹽結(jié)晶，也會(huì)導(dǎo)致印制板板面出現(xiàn)顆?，F(xiàn)象。

控制方法:在保養(yǎng)時(shí)使用硫酸及雙氧水將槽壁的銅鹽結(jié)晶清理干凈;實(shí)時(shí)監(jiān)控化學(xué)鍍銅槽溶液的溫度及化學(xué)鍍銅槽中氫氧化鈉、甲醛的濃度，避免化學(xué)鍍銅溶液因溫度過(guò)高，氫氧化鈉、甲醛濃度偏高引起化學(xué)鍍銅反應(yīng)速率過(guò)快，造成化學(xué)鍍銅槽雜質(zhì)含量增多;此外，在化學(xué)鍍銅后增加高壓水洗流程，將印制板表面附著的雜質(zhì)清洗干凈，可以減少印制板銅鍍層表面顆粒的數(shù)量。

2.1.3 電鍍銅溶液的控制方法

印制板在電鍍過(guò)程中，電鍍液中的顆粒在電流的作用下被吸附到印制板表面，造成板面或孔壁出現(xiàn)顆粒。鍍銅段顆粒形成的原因有很多，主要有電鍍陽(yáng)極袋破損造成槽液污染，電解板長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中板面的雜質(zhì)等顆粒物進(jìn)入銅槽等。此外，印制板電鍍時(shí)因局部電流過(guò)大造成“燒板”也會(huì)導(dǎo)致印制板銅鍍層表面出現(xiàn)顆粒，影響印制板的平整度及可靠性［3］。

對(duì)于鍍銅電解液中的雜質(zhì)，保養(yǎng)時(shí)進(jìn)行電解處理，將槽液中的微小顆粒吸附出來(lái)，定期更換電鍍?cè)O(shè)備各段的過(guò)濾芯，保證過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾效果;對(duì)于因局部電流過(guò)大燒板導(dǎo)致的板面顆粒，適當(dāng)降低電鍍電流密度延長(zhǎng)電鍍時(shí)間，電鍍時(shí)保證飛靶滿掛生產(chǎn)，保證電流均勻分布在板面，防止因局部電流過(guò)大造成“燒板”現(xiàn)象［4］。

2.2 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)

在印制板孔金屬化電鍍制作過(guò)程中，設(shè)備保養(yǎng)狀況不佳，會(huì)造成設(shè)備上的灰塵等異物進(jìn)入電鍍槽和水洗槽，在印制板制作過(guò)程中污染板面，造成印制板銅鍍層表面出現(xiàn)顆粒，應(yīng)注意以下兩方面。

1)槽壁細(xì)菌引起的鍍層顆粒及控制方法。前處理段、化學(xué)鍍銅段及鍍銅段的溶液槽、水洗槽在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，槽壁容易生長(zhǎng)細(xì)菌，細(xì)菌殘留物進(jìn)入槽液會(huì)污染溶液，在處理印制板時(shí)，溶液中的細(xì)菌殘留物附著在印制板表面，電鍍后造成印制板銅鍍層表面出現(xiàn)顆粒。為去除槽壁生長(zhǎng)的細(xì)菌，對(duì)孔金屬化電鍍前處理段、化學(xué)鍍銅段及鍍銅段的所有溶液槽及水洗槽定期使用次氯酸鈉進(jìn)行殺菌處理，將槽壁的細(xì)菌清除干凈，次氯酸鈉質(zhì)量濃度為7mL/L，頻率一般為3個(gè)月一次，也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整次氯酸鈉殺菌處理的頻率。

2)設(shè)備異物引起的鍍層顆粒及控制方法。陽(yáng)極在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生陽(yáng)極泥，當(dāng)鍍銅槽陽(yáng)極袋破損或過(guò)濾效果不佳時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鍍銅槽溶液被污染;此外設(shè)備表面的灰塵等雜質(zhì)也會(huì)進(jìn)入鍍銅槽，導(dǎo)致鍍銅槽或水洗槽受到污染，若保養(yǎng)不及時(shí)或不徹底，就會(huì)造成工藝槽內(nèi)雜質(zhì)含量增多，導(dǎo)致印制板銅鍍層表面出現(xiàn)顆粒。為控制設(shè)備異物對(duì)板面顆粒的影響，孔金屬化電鍍化學(xué)鍍銅段設(shè)備嚴(yán)格按照要求進(jìn)行保養(yǎng);定期對(duì)電鍍槽進(jìn)行倒槽凈化和大處理，頻率每3個(gè)月一次，也可以根據(jù)實(shí)際情況制定倒槽頻率，倒槽時(shí)將槽底的雜質(zhì)清理干凈，并更換破損的陽(yáng)極袋，避免陽(yáng)極泥過(guò)多污染鍍銅槽液，保證溶液的潔凈度。

2.3 嚴(yán)格工藝管理

造成印制板表面污染的因素有很多，其中包含過(guò)程操作不規(guī)范、周轉(zhuǎn)工具表面有污染及環(huán)境潔凈度控制不當(dāng)?shù)?。為控制印制板表面顆粒數(shù)量，在印制板制作、周轉(zhuǎn)過(guò)程中嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行操作，嚴(yán)禁未戴手套拿板以免造成板面出現(xiàn)手指印，并按要求及時(shí)更換手套，避免手套在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中表面沾有灰塵造成板面污染;定期對(duì)印制板的周轉(zhuǎn)工具及隔片等輔助工具進(jìn)行清洗，保證其表面的潔凈度;對(duì)印制板制作過(guò)程中潔凈度要求嚴(yán)格的區(qū)域，要嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境顆粒物的含量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，印制板在制作過(guò)程中，印制板銅鍍層表面顆粒是由多種因素綜合形成的，如印制板制作參數(shù)、過(guò)程控制、水質(zhì)變化、設(shè)備維護(hù)及電鍍?nèi)芤罕ｐB(yǎng)等，這些條件控制不當(dāng)均會(huì)導(dǎo)致印制板銅鍍層表面出現(xiàn)顆粒，生產(chǎn)過(guò)程中要沿著印制板制作的流程路線進(jìn)行分析，通過(guò)制作微切片觀察表面顆粒的形貌、發(fā)生部位等特征，綜合判斷形成印制板銅鍍層表面顆粒的根本原因并加以控制。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的5S管理，5S包括整理、整頓、清掃、清潔及素養(yǎng)五個(gè)方面內(nèi)容，避免因管理不到位導(dǎo)致溶液、設(shè)備、印制板表面受到污染，以減少印制板銅鍍層表面顆粒數(shù)量，為制作精細(xì)線路板奠定良好的基礎(chǔ)。

［1］李穎.中國(guó)印制電路工業(yè)現(xiàn)狀［EB/OL］.PCB世界網(wǎng)，2007-05-31.

［2］彭沛元.印制電鍍板的回顧與發(fā)展［J］.印制電路板信息，2001，(7):10-11.

［3］謝洪波.電鍍車間設(shè)備及設(shè)計(jì)［M］.濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，1989:20-28.

［4］陳剛.電鍍?cè)O(shè)備的保養(yǎng)與維護(hù)［J］.涂裝與電鍍，2008，(3):42-43.