鍍銅前處理對孔內(nèi)化學(xué)鍍銅層影響研究

張輝已 陳斐健 宋偉濤 葉堉楠

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514700）

0 前言

印制電路孔金屬化一般來說需要經(jīng)過化學(xué)鍍銅加電鍍銅的方法在孔壁上沉積一定厚度的銅層，在化學(xué)鍍銅和全板電鍍過程中孔內(nèi)無銅無法及時識別，必須到后工序測試方能檢測到[1]，此缺陷為功能性問題，影響較大，只能報廢處理，其一直是PCB制造廠商的困擾所在。

孔金屬化需要經(jīng)過化學(xué)鍍銅和電鍍銅，化學(xué)鍍銅由于孔壁與化學(xué)鍍銅層之間是通過作用力較弱的“范得華力”結(jié)合，沉積結(jié)構(gòu)也是“疏松”的，延展性也不是很好，因此要求化學(xué)鍍銅層的厚度在保證完整性和導(dǎo)電性的前提下，要盡量薄一些，一般要求在0.3 μm ～ 0.6 μm之間[2]。

隨著電子產(chǎn)品日益朝智能化、輕薄化、精密化方向發(fā)展，其對于PCB產(chǎn)品的技術(shù)先進性及穩(wěn)定性要求日益提高，這意味著生產(chǎn)企業(yè)必須擁有先進的生產(chǎn)設(shè)備、精湛的生產(chǎn)工藝及不斷創(chuàng)新的生產(chǎn)技術(shù)。我司電鍍線已全部更換為垂直連續(xù)電鍍線，取代老舊的龍門式電鍍線，工藝制程能力和生產(chǎn)技術(shù)得到大幅提升。垂直連續(xù)電鍍線工藝流程為：除油→水洗→水洗→酸洗→鍍銅→水洗→水洗→烘干。化學(xué)鍍銅之后板面鍍銅之前，線路板存儲在硫酸溶液中，當(dāng)硫酸濃度過高或存儲時間過長時，沉積于孔內(nèi)的金屬銅被溶解，使孔內(nèi)的銅層變薄甚至無銅，造成孔內(nèi)無銅[3]。

本文通過板電前處理對化學(xué)銅層影響研究，優(yōu)化生產(chǎn)流程及參數(shù)控制，降低電鍍銅過程造成的孔無銅風(fēng)險。

1 現(xiàn)狀及原因分析

1.1 孔無銅產(chǎn)生的原因分析

孔無銅產(chǎn)生的原因分析見圖1所示。

1.2 現(xiàn)狀分析

不良板孔無銅切片分析，其孔銅呈漸薄型，從孔口往中間拉尖，很可能是板件在進入銅缸之前，沉銅層被藥水咬蝕所致（如圖2）。

2 實驗

2.1 實驗?zāi)康?/h3>

采用垂直連續(xù)電鍍線生產(chǎn)，板件進入銅缸之前經(jīng)過除油缸→兩道水洗→酸洗。在這個流程中，除油缸、酸洗缸參數(shù)變化可能會對沉銅層造成影響，因此從除油、酸洗濃度控制、存在離子（主要為Cu2+、Cl-）、停留時間等方面進行模擬實驗，探究可能存在的影響。

2.2 實驗設(shè)計及測試結(jié)果

2.2.1 酸洗溶液對沉銅層的影響

酸洗的目的是為了除去板件表面氧化，減輕前處理清洗不凈對鍍銅溶液的污染，并保持鍍銅溶液中硫酸含量穩(wěn)定。由于板件只沉積了一層很薄的化學(xué)銅層，酸洗濃度控制不當(dāng)存在咬蝕化學(xué)銅層的危險。現(xiàn)階段在化驗室條件下模擬酸洗溶液對沉銅層的影響，主要探究參數(shù)包括H2SO4濃度、Cu2+含量、Cl-含量。

正常沉銅板件，背光確認(rèn)9級，取樣50×50 mm，除油濃度配置2%，除油浸泡時間為100 s，取出后水洗90 s，再將其放入配置好的酸洗溶液中浸泡100 s，取出放入清水中洗干凈后烘干處理，通過背光確認(rèn)沉銅層情況。實驗結(jié)果（見表1）。

小結(jié)：由實驗結(jié)果我們可以看到，硫酸濃度在較低的范圍內(nèi)變化對沉銅層的影響不大，正常情況下不會與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)。溶液中存在銅離子，隨著氯離子濃度的增加，溶液對沉銅層的咬蝕愈加明顯，這是由于在酸性條件下，銅和氯化銅反應(yīng)生成氯化亞銅，進而形成絡(luò)離子，沉銅層咬蝕嚴(yán)重，存在孔內(nèi)無銅風(fēng)險。

圖1 孔內(nèi)無銅原因分析魚骨圖

圖2 孔內(nèi)無銅切片

表1 酸洗溶液對沉銅層的影響

因此，酸洗溶液中應(yīng)控制好銅離子和氯離子濃度，而氯離子除了自來水本身存在，還可能來源于硫酸來料，因此電鍍前酸洗應(yīng)使用純度較高的硫酸，確保來料雜質(zhì)離子在要求范圍內(nèi)，減少氯離子對板件沉銅層的影響。

2.2.2 除油、酸洗段停留時間對沉銅層的影響

表2 除油、酸洗段停留時間對沉銅層的影響

我司目前所用除油劑為酸性清潔劑，在酸性條件下，除油及酸洗缸藥水可能會對沉銅層造成影響，特別是設(shè)備故障停留時間加長的情況下，前處理板件在藥水中浸泡時間過長，可能會造成孔內(nèi)銅層被咬蝕。正常沉銅板件，背光確認(rèn)9級，在VCP（連續(xù)垂直電鍍線）前處理進行試驗，除油及酸洗濃度按現(xiàn)有控制范圍，試驗線別除油為浸泡式，酸洗為噴淋式結(jié)構(gòu)；通過設(shè)備暫停手段使沉銅板件在除油和酸洗缸停留不同時間，驗證對沉銅層影響，實驗結(jié)果（見表2）。

小結(jié)：從上表可以看到，沉銅板件在VCP前處理除油缸和酸洗缸停留時間過長均會造成化學(xué)銅被咬蝕，特別是在酸洗停留時間過長對沉銅層影響較大。在VCP線實際生產(chǎn)過程中如遇設(shè)備故障造成暫停，無法及時解決時應(yīng)將前處理板件取出清洗烘干返沉銅處理，以避免造成孔無銅現(xiàn)象。

2.2.3 酸洗后停留時間對沉銅層的影響

1.經(jīng)濟體制改革目標(biāo)。在經(jīng)濟體制改革方面，提出：“要加快完善社會主義市場經(jīng)濟體制，完善公有制為主體、多種所有制經(jīng)濟共同發(fā)展的基本經(jīng)濟制度，完善按勞分配為主體、多種分配方式并存的分配制度，更大程度更廣范圍發(fā)揮市場在資源配置中的基礎(chǔ)性作用，完善宏觀調(diào)控體系，完善開放型經(jīng)濟體系，推動經(jīng)濟更有效率、更加公平、更可持續(xù)發(fā)展。”［1］

大多數(shù)垂直連續(xù)電鍍線設(shè)計在酸洗之后并不是立即進入銅缸中，在兩者之間存在一銅缸藥水回流段，達到藥水循環(huán)流動的目的，板件從酸洗出來后會裸露在空氣中一段時間，沉銅層在空氣中容易氧化，很可能導(dǎo)致殘余藥水咬蝕沉銅層。

正常沉銅板件，背光確認(rèn)9級，在VCP線前處理進行試驗，除油及酸洗濃度按現(xiàn)有控制范圍，試驗線除油為浸泡式，酸洗為噴淋式結(jié)構(gòu)；正常過除油、水洗、酸洗后取出放置不同時間后水洗烘干，切片確認(rèn)孔內(nèi)沉銅層狀況，實驗結(jié)果（見表3）。

表3 酸洗后停留時間對沉銅層的影響

小結(jié)：隨著酸洗后停留時間加長，從背光切片可以看到透光點明顯增多，沉銅層咬蝕嚴(yán)重，因此VCP線在生產(chǎn)過程中線速應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，過慢的線速導(dǎo)致板件在進入銅缸前暴露在空氣中時間過長，存在孔無銅風(fēng)險。

2.2.4 浸泡式酸洗和噴淋式酸洗對沉銅層的影響

現(xiàn)有VCP線酸洗有兩種處理方式：一種是浸泡式，另一種是噴淋式。兩種處理方式其效果可能存在一定差別，現(xiàn)對兩種處理方式進行測試，探究其可能造成的不良影響。

正常沉銅板件，背光確認(rèn)9級，在VCP線前處理進行試驗，除油及酸洗濃度按現(xiàn)有控制范圍，除油浸泡相同時間，在酸浸過程，一組采用噴淋式酸洗，一組采用浸泡式酸洗，經(jīng)過相同時間后取出水洗烘干，切片確認(rèn)孔內(nèi)沉銅層狀況，實驗結(jié)果（見表4）。

表4 浸泡式酸洗和噴淋式酸洗對沉銅層的影響

小結(jié)：實驗結(jié)果表明浸泡式酸洗對沉銅層的影響較小，主要與空氣接觸較少，在溶液中維持較好的穩(wěn)定性。

2.3 實驗結(jié)果

（1）板電前處理酸洗溶液中Cu2+和Cl-含量對沉銅層的影響很大，隨著含量的增加對沉銅層的咬蝕越來越明顯；

（2）板電前處理除油缸對沉銅層有一定的影響；

（3）板電前處理除油和酸洗后停留裸露時間長，板件氧化，對沉銅層影響很大；

（4）浸泡式前處理對比噴淋式前處理對沉銅層影響較小。

3 結(jié)論及建議

由上述四組實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)連續(xù)垂直電鍍線前處理對沉銅層影響顯著，酸洗缸銅離子、氯離子濃度的增多，除油、酸洗缸停留時間過長，酸洗后空氣中裸露時間過長均會對沉銅層進行咬蝕，再者，浸泡式酸洗要優(yōu)于噴淋式酸洗。

為降低前處理段可能帶來孔內(nèi)無銅的風(fēng)險，針對現(xiàn)狀，提出以下改善措施：

（1）將酸洗缸銅離子、氯離子等項目加入?yún)?shù)管控，防止二價銅離子和銅單質(zhì)發(fā)生歸中反應(yīng)咬蝕沉銅層；

（2）對硫酸來料進行嚴(yán)格檢查，確保雜質(zhì)離子（主要為CL-）在控制范圍內(nèi)；

（3）VCP線生產(chǎn)時鍍銅時間不宜設(shè)置過長，確保線速在合理范圍內(nèi)，減少板件在除油、酸洗浸泡時間以及回流段中的空置時間。

造成PCB板孔內(nèi)無銅的原因很多，也相對比較復(fù)雜，本文僅通過電鍍VCP線前處理對板件沉銅層可能造成的影響進行試驗，結(jié)合實際生產(chǎn)，提出一些改善措施，降低電鍍銅過程中造成的無銅風(fēng)險。以上試驗結(jié)果僅作為參考，希望能給同行有所啟發(fā)。