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多層印制線路板沉金工藝控制淺析

發(fā)布時間 :2016-05-16 10:03 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB制板部
        印制線路板沉金品質(zhì)問題,應(yīng)考慮整個沉金工藝的控制,包括沉前表面處理,沉鎳,沉金,及沉金后處理。在沉金工序中,應(yīng)討論沉金量,沉金液,添加劑配方,成分之素質(zhì)等等,現(xiàn)就本人經(jīng)驗(yàn),淺析沉金工藝的控制方法。 
  一、 工藝簡介 
  沉金工藝的目的是在印制線路表面上沉積顏色穩(wěn)定,光亮度好,鍍層平整,可焊性良好的鎳金鍍層。
  基本可分為四個階段:前處理(除油,微蝕,活化、后浸),沉鎳,沉金,后處理(廢金水洗,DI水洗,烘干)。
  二、 前處理 
  沉金前處理一般有以下幾個步驟:除油(30%AD-482),微蝕(60g/InaPS,2%H2SO4),活化(10%Act-354-2),后浸(1%H2S04)。以除去銅面氧化物,并在銅面沉鈀,以作沉鎳活化中心。其中某個環(huán)節(jié)處理不好,將會影響隨后的沉鎳和沉金,并導(dǎo)致批量性的報廢。生產(chǎn)過程中,各種藥水必須定期分析和補(bǔ)加,控制在要求范圍內(nèi)。較重要的比如:微蝕速率應(yīng)控制在“25U—40U”,活化藥水銅含量大于800PPM時必須開新缸,藥水缸的清潔保養(yǎng)對聯(lián)PCB的品質(zhì)影響也較大,除油缸,微蝕缸,后浸缸應(yīng)每周換缸,各水洗缸也應(yīng)每周清洗。
  三、 沉鎳 
  沉鎳藥水的主要成分為Ni2+(5.1-5.8g/1)和還原劑次磷酸鈉(25-30g/1)以及穩(wěn)定劑,由于化學(xué)鎳對藥水成分范圍要求比較嚴(yán)格,在生產(chǎn)過程中必須每班分析化驗(yàn)兩次,并依生產(chǎn)板的裸銅面積或經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)加Ni2還原劑,補(bǔ)加料時, 應(yīng)遵循少量,分散多次補(bǔ)料的原則,以防止局部鍍液反應(yīng)劇烈,導(dǎo)致鍍液加速老化,PH值,鍍液溫度對鎳厚影響比較大,鎳藥水溫度抄襲控制在85℃-90℃。PH在5.3-5.7,鎳缸 不生產(chǎn)時,應(yīng)將鎳缸溫度降低至70℃左右,以減緩鍍液老化,化學(xué)鎳鍍液對雜質(zhì)比較敏感,很多化學(xué)成分對化學(xué)鎳有害,可分為以下幾類:
     
  抑制劑:包括Pb.Sn..Hg.Ti.Bi(低熔點(diǎn)的重金屬), 有機(jī)雜質(zhì)包括S2,硝酸及陰離子潤濕劑。所有這些物質(zhì)都會降低活性,導(dǎo)致化學(xué)鍍速度降低并漏鍍,嚴(yán)懲時,會導(dǎo)致化學(xué)鍍鎳工藝完全停止。 
  有機(jī)雜質(zhì):包括:除以上所提到的有機(jī)的穩(wěn)定劑以外,還有塑料劑以及來自于設(shè)備和焊錫的雜質(zhì)。盡管可通過連續(xù)鍍清除一部分雜質(zhì),但不能完全清除。 
  不穩(wěn)定劑:包括Pd和少量的銅,這兩種成分造在化學(xué)鎳不穩(wěn)定,使鍍層粗糙,而且過多地鍍在槽壁及加熱器上。
  固體雜質(zhì):包括硫酸鈣或磷酸鈣及其它不溶性物質(zhì)沉入或帶入溶液。過濾可清除固體顆粒。 
  總之:在生產(chǎn)過程中要采取有效措施減少此類雜質(zhì)混入鍍液。
    四、沉金 
  沉金過程是一種浸金工藝,沉金缸的主要成分;Au(1.5-3.5g/l),結(jié)合劑為(Ec0.06-0.16mol/L),能在鎳磷合金層上置換出純金鍍怪,使得鍍層平滑,結(jié)晶細(xì)致,鍍液PH值一般在4-5之間,控制溫度為85℃-90℃。
  五、后處理 
  沉金后處理也是一個重要環(huán)節(jié),對印制線路板來說,一般包括:廢金水洗,DI水洗,烘干等步驟,有條件的話可以用水平洗板積對沉金板進(jìn)行進(jìn)一步洗板,烘干。水平面洗板機(jī)可按藥水洗(硫酸10%,雙氧水30g/L),高壓DI水洗(30~50PSI),DI水洗,吹干,烘干順序設(shè)置流程,以徹底除去印制線路板孔內(nèi)及表面藥水和水漬,而得到鍍層均勻,光亮度好的沉金板。 
  六、生產(chǎn)過程中的控制 
  在沉鎳金生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題,常常是鍍液成分失衡,添加劑品質(zhì)欠佳及鍍液雜志含量超標(biāo),防止和改善此問題,對工藝控制起到很大的作用,現(xiàn)將生產(chǎn)過程中應(yīng)注意的因素有以下幾種: 
  1)、化學(xué)鎳金工藝流程中,因?yàn)橛行】祝恳徊街g的水洗是必需的,應(yīng)特別注意。 
  2)、微蝕劑與鈀活化劑之間 微蝕以后,銅容易褪色,嚴(yán)重時使鈀鍍層不均勻,從而導(dǎo)致鎳層發(fā)生故障,如果線路板水洗不好,來自于微蝕的氧化劑會阻止鈀的沉積,結(jié)果影響沉金的效果,從而影響板的品質(zhì)。 
  3)、鈀活化劑與化學(xué)鎳之間 鈀在化學(xué)鎳工藝中是最危險的雜質(zhì),極微量的鈀都會使槽液自然分解。盡鈀的濃度很低,但進(jìn)入化學(xué)鍍槽前也應(yīng)好好水洗,建議采用有空氣攪拌的兩道水洗。 
  4)、化學(xué)鎳與浸金之間 在這兩步之間,轉(zhuǎn)移時間則容易使鎳層鈍化,導(dǎo)致浸金不均勻及結(jié)合力差。這樣容易造成甩金現(xiàn)錫。 
  5)、浸金后為保持可焊性及延展性,鍍金后充分水洗(最后一道水洗最好用蒸餾水),并完全干燥,特別是完全干燥孔內(nèi)。 
  6)、沉鎳缸PH,溫度 沉鎳缸要升高PH,用小于50%氨水調(diào)節(jié),降低PH,用10%V/V硫酸調(diào)節(jié)。所有添加都要慢慢注入,連續(xù)攪拌。PH值測量應(yīng)在充分?jǐn)嚢钑r進(jìn)行,以確保均衡的鍍液濃度。溫度越高,鍍速越快。當(dāng)鍍厚層時,低溫用來減慢針出現(xiàn)。不操作時,不要把溫度保持在操作溫度,這會導(dǎo)致還原劑和穩(wěn)定劑成分分解。
  七、問題與改善
現(xiàn)將一些較典型沉金問題成因及解決方法列入下表,以供參考: 
  故障1:漏鍍:在線路板邊緣化學(xué)鎳薄或沒有鍍上化學(xué)鎳 
     原因       改善方法
     重金屬的污染  減少雜質(zhì)來源
     穩(wěn)定劑過量   檢查維護(hù)方法,必要時進(jìn)行改善
     攪拌太激烈   均勻攪拌,檢查泵的出口
     銅活化不恰當(dāng)  檢查活化工藝
  故障2:搭橋:在線之間也鍍上化學(xué)鎳
     原因             改善方法
     用鈀活化劑活化時間太長    縮短活化時間
     活化劑里鈀濃度太高      稀釋活化劑,調(diào)節(jié)鹽酸濃度
     活化劑里鹽酸濃度太低     調(diào)節(jié)鹽酸濃度
     化學(xué)鎳太活潑         調(diào)節(jié)操作條件.
     銅與線之間沒有完全被微蝕   改善微蝕,微蝕時間稍長會更有利
  故障3:金太薄
     原因        改善方法
     浸金的溫度太低   檢查后加以改善
     浸金的時間太短   延長浸金時間
     金的PH值超過范圍  檢查后加以改善
  故障4:線路板變形
     原因            改善方法
     化學(xué)鎳或浸金的溫度太高.   降低溫度
  故障5:可焊性差 
     原因             改善方法:
     金的厚度不正確        金的最佳厚度是:0.05~0.1UM5.2
     化學(xué)鎳或浸金工藝帶來的雜質(zhì)
     工藝本身沒有錯誤       來自于設(shè)備和操作者的原因
     線路板存放不恰當(dāng)       線路板應(yīng)存放在干燥涼爽的地方,最好放于密閉的塑料袋里
     最后一道水洗的效果不好參看  更換水,增加水流速度
  故障6:金層不均
     原因       改善方法
     1、轉(zhuǎn)移時間太長   優(yōu)化水洗并縮短轉(zhuǎn)移時間
     2、鍍液老化或受污染 檢查后加以改善,檢查槽及過濾器,原材料是否合適,并應(yīng)在使用前濾洗,簡單碳處理恢復(fù)浸金工藝,首先進(jìn)行試驗(yàn)化學(xué)鎳重新開始
     3、金濃度太低    浸金工藝中,來自于設(shè)備的有機(jī)雜質(zhì)
  故障7:銅上面鎳的結(jié)合力差
     原因     改善方法
     微蝕不充分  延長微蝕時間或提高溫度
     活化時間太長 減少活化時間
     活化時間太高 降低溫度
     水洗不充分  優(yōu)化水洗條件 
  故障8:金層外觀灰暗
     原因    改善方法:
     鎳層灰暗  縮短微蝕時間性或降低溫度
     金太厚   降低浸金溫度縮短浸金時間 
  故障9:鍍層粗糙
     原因          改善方法
     化學(xué)鎳溶液不穩(wěn)定    調(diào)節(jié)溫度
     化學(xué)鎳溶液中有固體顆?!p少雜質(zhì)來源,改善過濾 
  故障10:微蝕不均勻
     原因          改善方法
     清洗不充分       增加在清洗劑里的時間或添加清洗劑
     清洗劑老化或含有雜質(zhì)  更換清洗劑.
     微蝕液老化(大于30G/L)    更換,微蝕過腐蝕縮短腐蝕時間
  八、注意事項(xiàng):
  在沉金的過程中,員工操作時應(yīng)注意安全,穿戴好防護(hù)服,防護(hù)鏡,而且必須采用通風(fēng)設(shè)備,于泄露液,應(yīng)用抹布,毛巾或其它吸水性材料吸收泄露液,置于襯塑料的容器中,以回收金,將溶液存放于襯塑料的桶中以回收金。 結(jié)論 印制線路板沉金品質(zhì)問題,應(yīng)考慮整個沉金工藝的控制,包括沉前表面處理,沉鎳,沉金,及沉金后處理。在沉金工序中,應(yīng)討論沉金量,沉金液,添加劑配方,成分之素質(zhì)等等,對生產(chǎn)工藝的要求越來越高,一些傳統(tǒng)的工藝控制方法已不能滿足品質(zhì)的要求,線路板公司應(yīng)不斷探索先進(jìn)工藝,嚴(yán)格控制所有參數(shù),加強(qiáng)管理才能不斷改善產(chǎn)品品質(zhì)。
    隨著表面貼裝技術(shù)飛速發(fā)展,對印制板表面平整性要求也越來越高,這直接導(dǎo)致了沉金工藝在近幾年的飛速發(fā)展。隨著PCB制板對生產(chǎn)工藝的要求越來越高,一些傳統(tǒng)的工藝控制方法已不能滿足品質(zhì)的要求,線路板公司應(yīng)不斷探索先進(jìn)工藝,嚴(yán)格控制所有參數(shù),加強(qiáng)管理才能不斷改善產(chǎn)品品質(zhì)。


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