图形电镀铜的常见缺陷及故障排除.docx

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图形电镀铜的常见缺陷及故障排除

图形电镀铜的常见缺陷及故障排除

由于行业竞争的激烈,印制板的制造商不断降低成本提高产品质量,追求零缺陷,以质优价廉取胜。

而客户对印制板的要求也没有单纯停留在对产品性能的可靠性上,同时对产品的外观也提出了更严格的要求。

而图形电镀铜作为化学沉铜的加厚层或其它涂覆层的底层，其质量与成品的关系可谓休戚相关“一荣俱荣，一损俱损”。

所以图形电镀铜上的任何缺陷如镀层粗糙、麻点针孔、凹坑、手印等的存在，严重影响成品的外观，透过涂覆其上的阻焊或铅锡镀层或是镍金层，都能清楚的显露出来。

    本文通过本人在工作中的几件事情，对图形电镀铜常见的几种缺陷，进行跟踪调查、模拟实验，其过程特作叙述。

镀层麻点

图形电镀铜上出现麻点，在板中间较为突出，退完铅锡后铜面不平整，外观欠佳。

刷板清洁处理后，表面麻点仍然存在，但已基本磨平不如退完锡后明显。

此现象出现后首先我想到电镀铜溶液的问题，因为出现故障的前一天，刚对溶液进行活性炭处理。

步骤如下：

    1）在搅拌条件下加入2升H2O2

    2）充分搅拌后将溶液转至一个备用槽中，加入4kg活性碳细粉，并加入空气搅拌2小时，之后关闭搅拌，让溶液沉降。

    从调查中发现，生产线考虑到次日有快板，当晚将溶液从备用槽中转回工作槽。

未经过充分过滤沉降活性炭，而转移溶液时未经循环过滤泵（慢）直接从工作槽的输出管理返回（管道粗，快）。

因为溶液转回工作槽后已过下班时间，电镀人员没有小电流密度空镀处理阳极，便按新开缸液加完光亮剂FDT-1就开始电镀。

    问题已经清楚，电镀铜上有麻点，来源于电渡溶液里的活性炭颗粒或其它脏东西。

因为调度安排工作急，电镀人员未按照工艺文件的程序进行操作，溶液没有充分循环过滤，导致溶液里的机械杂质影响镀层质量。

另一个因素是磷铜阳极清洗后，未通过电解处理直接工作，没来得及在阳极表面生成一层黑色均匀的“磷膜”，导致Cu+大量积累，Cu+水解产生铜粉，致使镀层粗糙麻点。

金属铜的溶解受控制步骤制约，Cu+不能迅速氧化成Cu2+。

而阳极膜未形成，Cu-e.Cu2+的反应不断以快的方式进行，造成Cu+的积累，而Cu+具有不稳定性，通过歧化反应：

2Cu+.Cu2+Cu，所生成的Cu+会在电镀过程中以电泳的方式沉积于镀层，影响镀层的质量。

阳极经过小电流电解处理后生成的阳极膜能有效控制Cu的溶解速度，使阳极电流效率接近阴极电流效率，镀液中的铜离子保持平衡，阻止Cu+的产生，保持镀液正常工作。

    这次电镀铜的缺陷也暴露出一些问题：

操作人员有时因为时间、工时、生产量的关系而忽略生产程序，影响产品质量。

所以生产操作要严格按照工艺文件执行，不能因为生产任务紧，周期短而违规操作。

否则会因为质量问题而返工或者造成报废，影响产品合格率，进而影响生产周期，降低信誉度。

    故障排除：

在找出原因后，更换图形电镀铜溶液的滤芯，加强过滤；另外准备了实验板500mm×500mm分别对6个电镀槽位的阳极进行电解处理。

这样除了生产的快板有镀层麻点的缺陷外，次日生产的板已经完全正常。

镀层发花（树枝状）

图形电镀铜的表面发花，特别是大面积镀层上尤为明显，似树枝状，有长有短。

而电镀面积小，待镀面积为焊盘或细线条的板子在同一天电镀后几乎为零缺陷，所以刚开始出现镀层发花的现象没有引起足够的重视，判断为偶然因素：

板子的基材问题，或是孔金属化后图形转移前浮石粉刷板机的刷痕。

后来随着生产量的增加，板面发花的数量愈来愈多，特别是尺寸为265mm×290mm的板,电镀面积A面面积为2.35dm2,B面面积为4.48dm2，整个板面几乎有一半的面积需要图形镀铜，因此图形电镀发花的现象一览无余，严重影响印制板外观。

大量缺陷的板子出现，分析特点找出原因并彻底排除故障客不容缓。

为此，质量部门将这批镀层有缺陷的板子全部截留：

不论是大面积镀层发花，还是线条上的细丝状痕迹。

首先根据以往经验，判断为图形电镀前处理的弱腐蚀和预浸液时有大量的有机物。

因为去油后喷淋水洗可能不充分，将去油液里的有机物带入后面的工作槽形成二次污染，而有机物吸附在板面待镀图形上就会影响在阴极上的吸附，从而影响镀层外观不良。

据此，将弱腐蚀和预浸液重新开缸，之后生产的印制缺陷有所减少，但是板面发花的现象并没完全消失。

看来，以往的经验在这次的故障排除中并没有完全生效，继而把重点转移：

莫非去油液有问题？

去油液老化、去油不净造成？

检查其温度、成分均属正常范围。

为了尽快弄清楚产生缺陷的根源，通过霍尔槽试验：

用一块小铜片，经过木炭机械刷洗后冲净作为阴极电镀，结果发现样片高区上有枝状镀层，平整性差。

因为样片未经去油液，而是通过机械去油，仍然有枝状花纹，可见去油液也不是这次故障的元凶。

霍尔槽试验的结果为解决问题找到了突破口，重心重新转移到图形电镀铜溶液上来：

立即让分析人员取样分析其成份：

      Cu2+      21.29g/l

      H2SO4      198.92g/l

      CL-        23mg/l

    从分析结果来看，CL-偏低。

但是最近一段时间CL-持续偏低，因为我们采用比浊法分析CL-误差大，而在短期内未找到更理想的分析方法时，采用配制10mg/l,20mg/l,30mg/l,40mg/l,50mg/l,60mg/l70mg/l,80mg/l,90mg/l,100mg/l氯离子标样浓度，用于对比得出工作液的深度。

但是采用这种方法，生产线CL-的含量仍然维持在30——40mg/l的水平。

为了防止添加CL-过量，生产线采用间隔一次补加一次的方式进行。

难道是CL-偏低造成的镀层枝状不平整？

进一步做霍尔槽试验：

逐渐补加CL-，随着CL-浓度的增加，枝状镀层的范围逐渐缩小，由原来的3/5降为1/5，当CL-补加15mg后只有高区略有条状不平。

接着再添加CL-含量到25mg，霍尔槽的电流密度突然从1A降到0.5A，取出阳极后，发现磷铜阳极片上布满一层白色钝化膜，可见CL-含量已经严重造成阳极钝化；而阴极样片的中低区正常，高区的电镀质量欠佳。

在此基础上（补加15mgCL-后）又分别加入1ml、2ml光亮剂FDT-1，电镀15分钟取出样片，发现加入2ml光亮剂FDT-1的霍尔槽样片电镀层光这平整。

在通过实验排除故障后，按照比例加入CL-和光亮剂FDT-1到工作槽，充分的空气搅拌和循环过滤后，将两块350mm×350mm尺寸裸铜板擦完板后经去油?

水洗?

弱腐蚀?

水洗?

浸酸?

图形电镀铜，正常工序出来后图形电镀无任何缺陷。

于是生产线继续电镀，随后的一天电镀出来的印制板已完全正常。

    可见，造成镀层发花的原因很多：

去油液、弱腐蚀液、预浸液、图形电镀铜溶液中的氯离子浓度以及光亮剂FDT-1都影响着镀层的质量。

氯离子浓度分析的不准确性直接影响溶液的调整；而光亮剂FDT-1的添加标准“电流积分测量镀槽的导电量”已不能使用，日常光亮剂FDT-1的添加主要结合霍尔槽试验和当日工作量来调整。

在氯离子和添加剂的协同作业下才能得到理想的镀层，严格控制工艺参数是生产出合格品的关健，否则任何一项参数失控就会导致镀层的缺陷。

镀层上的水圈痕迹

 尺寸较大的印制板图形电镀铜上有大量水圈，特别在孔的周围水圈更为突出。

这一现象首先把我们的思路引向水喷淋。

因为图形电镀线的喷淋水路和孔金属化线公用一套水路系统，个别喷淋管的电磁阀已失效，只能持续喷水，这样两条线同时工作而且需要同时喷淋时，水的压力就会不足直接影响喷淋效果。

为此，试验两块板，按照正常程序生产，只是在喷淋时外接一根水管加强水洗，图形电镀铜后水圈仍然存在。

从缺陷特点分析，电镀铜面上的缺陷和水滴的痕迹一致，应该是水洗的问题，可是，与图形电镀线的水洗没有关系，难道是图形转移后显影冲洗不净造成的？

于是，查找图形转移的水路。

原来是我中心新购旱灾的一台曝光机采用的水循环制冷方式，其水路和显影机的冲洗段用一条水路。

曝光机和显影机同时工作时，显影机的冲洗段喷淋压力小；而且板面尺寸大，特别是上喷淋的水喷到板面上容易淤积，不利于溶液的循环更新。

这样作为光抗蚀剂的干膜或湿膜显影完的残流液没有充分冲洗，经过干燥段后，其黏膜水印在随后的修板工作中不易发现（不象残胶有明显蓝膜）；图形电镀前处理不易清除，经过一小时的电镀铜，其水印的痕迹清楚可辨，且有一定的深度，不容易打磨掉，影响板面外观。

为了证实这一结论，将10块460mm×420mm的板图形转移后显影，5块风干后直接送图形电镀线，另5块显影后未经干燥段而送清洗机清洗后送图形电镀线。

经同样的前处理和电镀铜后比较：

经过充分水洗的5块印制板上未发现水圈，而显影后直接送图形电镀线的5块印制板可明显的看见水圈。

    故障排除：

改造曝光机的水路，使其与显影机的水洗兵分两路；另外在显影机的水洗段后又加了上下各3排喷淋管。

而且，将图形电镀线上失去作用的喷淋管重新更换。

在维修改造之后，图形电镀铜质量良好。

镀层粗糙

板子表面轻微的镀层粗糙可通过刷板机机械摩擦去除，严重的表面不平整甚至孔里的粗糙造成孔小，影响焊接和电性能，只能报废。

    引起镀层粗糙的原因比较容易查找，诸如阴极电流密度过大，添加剂不足，铜离子含量过低，图形面积错误（过大）或图形面积分布严重不均匀等。

针对印制板的具体情况一一分析，不难找到镀层粗糙的原由。

譬如整批板子粗糙，应该核对溶液的成分、通过霍尔槽试验判断光亮剂是否不足，还有电流表是否出现故障。

如若个别板子出现镀层粗糙，首先核对生产记录：

电镀级别输入是否正确、电流是否偏大、加工单上图形面积是不是偏大，还有机器故障（电流表不稳定造成电流突然增加），上述原由各种资料介绍的比较多，故障排除并不难，在此不再赘述。

    值得注意的是有些印制板设计的原因，电镀图形分布严重不均匀，局部只有孤立的焊盘或几根细线条，而其它部位图形面积过大，或者A/B面面积相差大。

这样即使电镀溶液良好，一切参数正常，也容易出现不合格品。

有经验可参考：

1）电流减半时间加倍，但这样会降低生产效率。

2）采用陪镀的方式，找一些边角料搭配着一起电镀，改善电流分布。

3）对于A/B面面积相差大的可分别控制电流。

渗镀

图形电镀铜渗镀造成线条不整齐，线间距减小，严重的甚至短路。

    由于板面清洁不够（有油污点或氧化）与抗蚀剂结合不良；或者贴膜辊子有凹坑、曝光机脏点、生产底片局部对比度差或粘上灰尘，都构成图形电镀渗镀的隐患。

所以贴膜前的刷板清洁处理工序不容忽视：

包括酸洗段的硫酸（10%）及时更新，刷辊压力合适，高压水洗循环流动且清洁，烘干温度适中，保证板面清洁干燥。

另外，贴膜时根据板材厚度调整辊子的压力，选择合适的温度、速度。

生产底片的品质、曝光机的清洁保养以及净化间的环境都要严格控制。

预防渗镀必须控制图形转移过程的生产操作、光抗蚀剂的品质及各项工艺参数。

电镀操作时保证抗蚀剂完好，选择合适的电流密度。

这样就能有效避免渗镀现象。