行家談PCB生產(chǎn)中圖形電鍍銅的常見(jiàn)缺陷及故障排除

　　隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的愈發(fā)激烈，印制電路板的制造商不斷以降低成本來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量，追求零缺陷，以質(zhì)優(yōu)價(jià)廉取勝。作為從事pcb快速打樣業(yè)務(wù)的深圳捷多邦科技有限公司，適應(yīng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展需求，在激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)之下，有著自己的一席之地，在對(duì)客戶對(duì)印制電路板的要求上，捷多邦資深工程師王高工認(rèn)為客戶并沒(méi)有單純停留在對(duì)產(chǎn)品性能的可靠性上，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的外觀也提出了更為嚴(yán)格的要求。而在圖形電鍍銅方面，作為化學(xué)沉銅的加厚層或其它涂覆層的底層，其質(zhì)量與成品的關(guān)系可謂休戚相關(guān)“一榮俱榮，一損俱損”。

　　因此，捷多邦的王高工認(rèn)為，圖形電鍍銅上的任何缺陷如鍍層粗糙、麻點(diǎn)針孔、凹坑、手印等的存在，嚴(yán)重影響成品的外觀，透過(guò)涂覆其上的阻礙或鉛錫鍍層或是鎳金層，都能清楚的顯露出來(lái)。

　　針對(duì)圖形電鍍銅常見(jiàn)的系列故障及缺陷，王高工在實(shí)際的操作過(guò)程中針對(duì)這些缺陷進(jìn)行跟蹤調(diào)查、模擬實(shí)驗(yàn)，找出產(chǎn)生缺陷的成因，制定切實(shí)的糾正措施，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

　　2.缺陷特點(diǎn)及成因

　　2.1 鍍層麻點(diǎn)

　　圖形電鍍銅上出現(xiàn)麻點(diǎn)，在板中間較為突出，退完鉛錫后銅面不平整，外觀欠佳。

　　刷板清潔處理后表面麻點(diǎn)仍然存在，但已基本磨平不如退完錫后明顯。此現(xiàn)象出現(xiàn)后首先想到電鍍銅溶液?jiǎn)栴}，因?yàn)槌霈F(xiàn)故障的前一天剛對(duì)溶液進(jìn)行活性炭處理，步驟如下：

　　1）在攪拌條下件下加入2升H2O2

　　2）充分?jǐn)嚢韬髮⑷芤恨D(zhuǎn)至一個(gè)備用槽中，加入4kg活性碳細(xì)粉，并加入空氣攪拌2小時(shí)，之后關(guān)閉攪拌，讓溶液沉降。

　　從調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)線考慮到次日有快板，當(dāng)晚將溶液從備用槽中轉(zhuǎn)回工作槽。未經(jīng)過(guò)充分過(guò)濾沉降活性炭，而轉(zhuǎn)移溶液時(shí)未經(jīng)循環(huán)過(guò)濾泵（慢）直接從工作槽的輸出管理返回（管道粗，快）。因?yàn)槿芤恨D(zhuǎn)回工作槽后已過(guò)下班時(shí)間，電鍍?nèi)藛T沒(méi)有小電流密度空鍍處理陽(yáng)極。在4月3日按新開(kāi)缸液加完光亮劑FDT-1就開(kāi)始電鍍。

　　問(wèn)題已經(jīng)清楚，電鍍銅上有麻點(diǎn)，來(lái)源于電渡溶液里的活性炭顆粒或其它臟東西。因?yàn)檎{(diào)度安排工作急，電鍍?nèi)藛T未按照工藝文件的程序進(jìn)行操作，溶液沒(méi)有充分循環(huán)過(guò)濾，導(dǎo)致溶液里的機(jī)械雜質(zhì)影響鍍層質(zhì)量。另一個(gè)因素是磷銅陽(yáng)極清洗后，未通過(guò)電解處理直接工作，沒(méi)來(lái)得及在陽(yáng)極表面生成一層黑色均勻的“磷膜”，導(dǎo)致Cu+大量積累，Cu+水解產(chǎn)生銅粉，致使鍍層粗糙麻點(diǎn)。

　　金屬銅的溶解受控制步驟制約，Cu+不能迅速氧化成Cu2+.而陽(yáng)極膜未形成，Cu-e.Cu2+ 的反應(yīng)不斷以快的方式進(jìn)行，造成Cu+的積累，而Cu+具有不穩(wěn)定性，通過(guò)歧化反應(yīng)：2Cu+.Cu2+Cu，所生成的 會(huì)在電鍍過(guò)程中以電泳的方式沉積于鍍層，影響鍍層的質(zhì)量。陽(yáng)極經(jīng)過(guò)小電流電解處理后生成的陽(yáng)極膜能有效控制Cu的溶解速度，使陽(yáng)極電流效率接近陰極電流效率，鍍液中的銅離子保持平衡，阻止Cu+的產(chǎn)生，保持鍍液正常工作。

　　這次電鍍銅的缺陷也暴露出一些問(wèn)題：操作人員有時(shí)因?yàn)闀r(shí)間、工時(shí)、生產(chǎn)量的關(guān)系而忽略生產(chǎn)程序，影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以生產(chǎn)操作要嚴(yán)格按照工藝文件執(zhí)行，不能因?yàn)樯a(chǎn)任務(wù)緊，周期短而違規(guī)操作。否則會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題而返工或者造成報(bào)廢，影響產(chǎn)品合格率，進(jìn)而影響生產(chǎn)周期，降低信譽(yù)度。

　　故障排除：在找出原因后，更換圖形電鍍銅溶液的濾芯，加強(qiáng)過(guò)濾；另外準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)板500mm×500mm分別對(duì)6個(gè)電鍍槽位的陽(yáng)極進(jìn)行電解處理。這樣除了生產(chǎn)的快板有鍍層麻點(diǎn)的缺陷外，次日生產(chǎn)的印制電路板已經(jīng)完全正常。

　　2.2 鍍層發(fā)花（樹(shù)枝狀）

　　圖形電鍍銅的表面發(fā)花，特別是大面積鍍層上尤為明顯，似樹(shù)枝狀，有長(zhǎng)有短。而電鍍面積小，待鍍面積為焊盤(pán)或細(xì)線條的PCB板子在同一天電鍍后幾乎為零缺陷，所以剛開(kāi)始出現(xiàn)鍍層發(fā)花的現(xiàn)象沒(méi)有引起足夠的重視，叛斷為偶然因素：PCB板子的、基材問(wèn)題，或是孔金屬化后圖形轉(zhuǎn)移前浮石粉刷板機(jī)的刷痕。后來(lái)隨著生產(chǎn)量的增加，PCB板面發(fā)花的數(shù)量愈來(lái)愈多，特別是圖號(hào)為MON？_1的印制電路板，尺寸為265mm×290mm，電鍍面積A面面積為2.35dm2，B面面積為4.48 dm2，整個(gè)PCB板面幾乎有一半的面積需要圖形鍍銅，因此圖形電鍍發(fā)花的現(xiàn)象一覽無(wú)余，嚴(yán)重影響印制電路板外觀。大量缺陷的PCB板子出現(xiàn)，分析特點(diǎn)找出原因并徹底排除故障不容緩。為此，我中心為了達(dá)到客戶滿意度，質(zhì)量部門(mén)將這批鍍層有缺陷的PCB板子全部截留：不論是大面積鍍層發(fā)花，還是線條上的細(xì)絲狀痕跡。

　　質(zhì)量是企業(yè)的生命，我們技術(shù)部針對(duì)鍍層發(fā)花的、進(jìn)行探究：

　　1）首先根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，判斷為圖形電鍍前處理的弱腐蝕和預(yù)浸液時(shí)有大量的有機(jī)物。因?yàn)槿ビ秃髧娏芩纯赡懿怀浞郑瑢⑷ビ鸵豪锏挠袡C(jī)物帶入后面的工作槽選成二次污染，而有機(jī)物吸附在PCB板面待鍍圖形上就會(huì)影響 在陰極上的吸附，從而影響鍍層外觀。據(jù)此將弱腐蝕和預(yù)浸液重新開(kāi)缸，之后生產(chǎn)的印制缺陷有所減少，但是PCB板面發(fā)花的現(xiàn)象并沒(méi)完全消失。看來(lái)，以往的經(jīng)驗(yàn)在這次的故障排除中并沒(méi)有完全生效，繼而把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移：莫非去油液有問(wèn)題？去油液老化、去油不凈造成？檢查其溫度、成分均屬正常范圍。為了盡快弄清楚產(chǎn)生缺陷的根源，通過(guò)霍爾槽試驗(yàn)：用一塊小銅片，經(jīng)過(guò)木炭機(jī)械刷洗后沖凈作為陰極電鍍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣片高區(qū)上有枝狀鍍層，平整性差。因?yàn)闃悠唇?jīng)去油液，而是通過(guò)機(jī)械去油，仍然有枝狀花紋，可見(jiàn)去油液也不能成為這次故障的元兇。

　　2）但是霍爾槽試驗(yàn)的結(jié)果為解決問(wèn)題找到了突破口，重心重新轉(zhuǎn)移到圖形電鍍銅溶液上來(lái)：立即讓分析人員取樣分析其成份：

　　Cu2+ 21.29g/l

　　H2SO4 198.92g/l

　　CL- 23mg/l

　　從分析結(jié)果來(lái)看，CL-偏低。但是近一段時(shí)間CL-持續(xù)偏低，因?yàn)槲抑行膶?shí)驗(yàn)室采用比濁法分析CL-誤差大，而在短期內(nèi)未找到更理想的分析方法時(shí)，采用配制10mg/l，20mg/l，30mg/l，40mg/l，50mg/l，60mg/l70mg/l，80mg/l，90mg/l，100mg/l氯離子標(biāo)樣濃度，用于對(duì)比得出工作液的深度。但是采用這種方法，生產(chǎn)線CL-的含量仍然維持在30--40mg/l的水平。為了防止添加CL-過(guò)量，生產(chǎn)線采用間隔補(bǔ)加的方式進(jìn)行。難道是CL-偏低造成的鍍層枝狀不平整？進(jìn)一步做霍爾槽試驗(yàn)：逐漸補(bǔ)加CL-，隨著CL-濃度的增加，枝狀鍍層的范圍逐漸縮小，由原來(lái)的3/5降為1/5，當(dāng)CL-補(bǔ)加15mg后只有高區(qū)略有條狀不平。接著再添加CL-含量到25mg，霍爾槽的電流密度突然從1A降到0.5A，取出陽(yáng)極后，發(fā)現(xiàn)磷銅陽(yáng)極片上布滿一層白色鈍化膜，可見(jiàn)CL-含量已經(jīng)嚴(yán)重造成陽(yáng)極鈍化；而陰極樣片的中低區(qū)正常，高區(qū)的電鍍質(zhì)量欠佳。在此基礎(chǔ)上（補(bǔ)加15mgCL-后）又分別加入1ml、2ml光亮劑FDT-1，電鍍15分鐘取出樣片，發(fā)現(xiàn)加入2ml光亮劑FDT-1的霍爾槽樣片電鍍層光這平整。

　　3）在小實(shí)驗(yàn)排除故障后，按照比例加入CL-和光亮劑FDT-1到工作槽，充分的空氣攪拌和循環(huán)過(guò)濾后，將兩塊350mm×350mm尺寸裸銅板擦完板后經(jīng)去油？水洗？弱腐蝕？水洗？浸酸？圖形電鍍銅，正常駐工序出來(lái)后圖形電鍍無(wú)任何缺陷。于是生產(chǎn)線繼續(xù)電鍍，隨后的一天電鍍出來(lái)的印制電路板已完全正常。

　　可見(jiàn)，造成鍍層發(fā)花的原因很多：去油液、弱腐蝕液、預(yù)浸液、圖形電鍍銅溶液中的氯離子濃度以及光亮劑FDT-1都影響著鍍層的質(zhì)量。氯離子濃度分析的不準(zhǔn)確性直接影響溶液的調(diào)整；而光亮劑FDT-1的添加標(biāo)準(zhǔn)“電流積分測(cè)量鍍槽的導(dǎo)電量”已不能使用，日常光亮劑FDT-1的添加主要結(jié)合霍爾槽試驗(yàn)和當(dāng)日工作量來(lái)調(diào)整。在氯離子和添加劑的協(xié)同作下才能得到理想的鍍層，楞此嚴(yán)格控制工藝參數(shù)是生產(chǎn)出合格品的關(guān)健，否則任何一項(xiàng)參數(shù)失控就會(huì)導(dǎo)致鍍層的缺陷。

　　2.3 鍍層上的水圈痕跡

　　尺寸較大的印制電路板圖形電鍍銅上有大量水圈，特別在孔的周?chē)Ω鼮橥怀觥?/p>

　　1）這一現(xiàn)象首先把我們的思路引向水噴淋。因?yàn)閳D形電鍍線的噴淋水路和孔金屬化線公用一套水路系統(tǒng)，個(gè)別噴淋管的電磁閥已失效，只能持續(xù)噴水，這樣兩條線同時(shí)工作而且需要同時(shí)噴淋時(shí)，水的壓力就會(huì)不足直接影響噴淋效果。為此，試驗(yàn)兩面三刀極杠印制電路板，按照正常程序生產(chǎn)，只是在噴淋時(shí)外接一根水管加強(qiáng)水洗，圖形電鍍銅后水圈仍然存在。從缺陷特點(diǎn)分析，電鍍銅面上的缺陷和水滴的痕跡一致，應(yīng)該是水洗耳恭聽(tīng)的問(wèn)題，可是，與圖形電鍍線的水洗耳恭聽(tīng)沒(méi)有關(guān)系，難道是圖形轉(zhuǎn)移后顯影沖洗不凈造成的？

　　2）追根溯源，查找圖形轉(zhuǎn)移的水路。原來(lái)是我中心新購(gòu)旱災(zāi)的一臺(tái)電勝曝光機(jī)采用的水循環(huán)制冷方式，其水路和顯影機(jī)的沖洗段用一條水路。曝光機(jī)和顯影機(jī)同時(shí)工作時(shí)，顯影機(jī)的沖洗段噴淋壓力??；而且PCB板面尺寸大，特別是上噴淋的水噴到PCB板面上容易淤積，不利于溶液的循環(huán)更新。這樣作為光致抗蝕劑的干膜或濕膜顯完影的殘流液沒(méi)有充分沖洗，經(jīng)過(guò)干燥段后，其黏膜水印在隨后的修板工作中不易發(fā)現(xiàn)（不象殘膠有明顯藍(lán)膜）；圖形電鍍前處理不易清除，經(jīng)過(guò)一小時(shí)的電鍍銅，其水印的痕跡清楚可辨，且有一定的深度，不容易打磨掉，影響PCB板面外觀。

　　為了證實(shí)這一結(jié)論，將10塊460mm×420mm圖號(hào)為Y005的印制電路板圖形轉(zhuǎn)移后顯影，5塊風(fēng)干后直接送圖形電鍍線，另5塊顯影后未經(jīng)干燥段而送清洗機(jī)清洗后送圖形電鍍線。經(jīng)同樣的前處理和電鍍銅后比較：經(jīng)過(guò)充分水洗的5塊印制電路板上未發(fā)現(xiàn)水圈，而顯影后直接送圖形電鍍線的5塊印制電路板可明顯的看見(jiàn)水圈。

　　3）幫障排除：改造曝光機(jī)的水路，使其與顯影機(jī)的水洗兵分兩路；另外在顯影機(jī)的水洗段后又加了上下各3排噴淋管。而且，將圖形電鍍線上失、去作用的噴淋管重新更換。在維修改造之后，圖形電鍍銅質(zhì)量良好。

　　2.4 鍍層粗糙

　　PCB板子表面輕微的鍍層粗糙可通過(guò)刷板機(jī)機(jī)械摩擦去除，嚴(yán)重的表面不平整甚至孔里的粗糙造成孔小，影響焊接和電性能，只能報(bào)廢。

　　引起鍍層粗糙的原因比較容易查找，諸如陰極電流密度過(guò)大，添加劑不足，銅離子含量過(guò)低，圖形面積錯(cuò)誤（過(guò)大）或圖形面積分布嚴(yán)重不均勻等。針對(duì)印制電路板的具體情況一一分析，不難找到鍍層粗糙的原由。譬如整批PCB板子粗糙，應(yīng)該核對(duì)溶液的成分、通過(guò)霍爾槽試驗(yàn)判斷光亮劑是否不足還有電流表是否出現(xiàn)故障。如若個(gè)別PCB板子出現(xiàn)鍍層粗糙，首先核對(duì)生產(chǎn)記錄：電鍍級(jí)別輸入是否正確、電流是否偏大、加工單上圖形面積是不是偏大還有機(jī)器故障（電流表不穩(wěn)定造成電流突然增加），上述原由各種資料介紹的比較多，故障排除并不難，在此不再贅述。

　　值得注意的是有些印制電路板設(shè)計(jì)的原因，電鍍圖形分布嚴(yán)重不均勻，局部只有孤立的焊盤(pán)或幾根細(xì)線條，而其它部位圖形面積過(guò)大，或者A/B面面積相差大。這樣即使電鍍?nèi)芤毫己茫磺袇?shù)正常，也容易出現(xiàn)不合格品。有經(jīng)驗(yàn)可參考：1）電流減半時(shí)間加倍，但這樣會(huì)降低生產(chǎn)效率。2）采用陪鍍的方式，找一些邊角料搭配著一起電鍍，改善電流分布。3）對(duì)于A/B面面積相差大的可分別控制電流。

　　2.5 滲鍍

　　圖形電鍍銅滲鍍?cè)斐删€條不整齊，線間距減小，嚴(yán)重的甚至短路。

　　由于PCB板面清潔不夠（有油污點(diǎn)或氧化）與抗蝕劑結(jié)合不良；或者貼膜輥?zhàn)佑邪伎印⑵毓鈾C(jī)臟點(diǎn)、生產(chǎn)底片局部對(duì)比度差或粘上灰塵，都構(gòu)成圖形電鍍滲鍍的隱患。所以貼膜前的刷板清潔處理工序不容忽視：包括酸洗段的硫酸（10%）及時(shí)更新，刷輥壓力合適，高壓水洗循環(huán)流動(dòng)且清潔，烘干溫度適中，保證PCB板面清潔干燥。另外，貼膜時(shí)根據(jù)板材厚度調(diào)整輥?zhàn)拥膲毫Γx擇合適的溫度、速度。生產(chǎn)底片的品質(zhì)、曝光機(jī)的清潔保養(yǎng)以及凈化間的環(huán)境都要嚴(yán)格控制。預(yù)防滲鍍必須控制圖形轉(zhuǎn)移過(guò)程的生產(chǎn)操作、光致抗蝕劑的品質(zhì)及各項(xiàng)工藝參數(shù)。電鍍操作時(shí)保證抗蝕劑完好，選擇合適的電流密度。這樣就能有效避免滲鍍現(xiàn)象。

　　2.6 分層

　　圖形電鍍銅的另一缺陷為銅/銅分層，明顯的分層一目了然，鍍層結(jié)合力較差的用膠帶粘緊后用力扯起，膠帶上會(huì)隨之粘上結(jié)合不牢的鍍層。由于鍍層起泡分層結(jié)合力差，阻礙前刷板時(shí)局部脫落，造成短路的隱患，或者因?yàn)榫植烤€條分層后形成凹面與其它圖形部分不平，印上阻礙后有顏色差異（凹面顏色深），這樣的缺陷都不能被用戶接受。

　　造成鍍層分層的因素有很多。

　　3.結(jié)束語(yǔ)

　　圖形電鍍銅作為印制電路板生產(chǎn)中一個(gè)重要的工序，電鍍質(zhì)量的好壞直接影響著印制電路板的外觀。本文闡述了圖形電鍍銅常見(jiàn)缺陷，并根椐缺陷特點(diǎn)查找故障原因并制定了切實(shí)可行的糾正措施，供同行參考。