电镀铜表面缺陷的解决

1、前言: 

曾经影响我公司电镀铜表面质量的主要问题是电镀凸起,凹坑及由于光亮剂添加不准确造成的表面发暗及板角镀粗。这些缺陷不但直接影响产品表观质量甚至会影响产品的电性能,且无法有效挽救,会造成一定的损失,我们经过对电镀质量的分析和实验,逐步解决了上述问题,以下是本公司在解决问题过程中的一些经验供同行参考。

2、镀铜凸起的解决 

   

2.1问题描述: 

   

电镀凸起的现象轻的时候板面有很小的颗粒,刷片后颗粒依然存在,印刷阻焊后可以明显看到颗粒,从而影响板面外观。重的会在板面上出现比较大的凸起,严重影响产品质量。通过对问题产 品做金相观察。轻缺陷电镀颗粒中发现有夹杂物,但未能确认夹杂物的种类和性质。重缺陷凸起物在电镀底层发现了超厚的微蚀层,显示出了铜层结构的异常。 

首先需要判定的是出现问题的工序和位置,以便进一步分析原因,根据观察,电镀颗粒出现的位置有两个,第一是在二次镀铜过程中间出现异物,说明在镀液中存在颗粒,第二是在一次铜和二次铜之间出现异常的微蚀层,表明在二次镀铜前或刚刚电镀时出现问题。

2.2对于电镀铜颗粒实验及分析: 

能向电镀槽引入杂质的途径有电镀挂具的金属颗粒,落入镀槽中的阳极球,清理阳极时镀槽中混入的阳极泥,电流过大时造成的板角镀粗产生铜渣及空气搅拌带入的灰尘等。随后对上述途径分别进行了分析。通过小试模拟,挂具上的金属颗粒,阳极泥能够形成铜颗粒,而空气中的灰尘对铜表面的质量没有明显影响。 

    

我们首先对药液进行线外过滤,增加过滤芯的更换频率,严格清理阳极的程序,更换了所有破 损的阳极袋,增加挂具的更换频率。但铜颗粒的现象并没有得到根本改善。随着对线体各个影响因素的有效控制,对于镀槽内的污染源逐步怀疑NIgH极泥上来。

    

电镀阳极在使用过程中会出现一层黑膜,这些黑膜是铜磷化合物,这层黑色的膜保证了铜阳极 的正常溶解,但在使用过程中会逐渐脱落,部分会吸附到阳极袋上。而阳极的磷含量对黑膜的厚度,形态有较大影响,资料介绍铜阳极含磷0.04%,-0.06%时最佳,阳极电流密度为0.3.1.0ASD。通过对阳极的检查证实磷含量正常,反复核对阳极面积也证实阳极电流密度在要求范围之内。

公司使用的阳极筐装满阳极后重达100公斤,因此采用的清理方法是将阳极杠连同阳极筐一起吊到线外,取下阳极袋,分别将阳极袋和阳极筐用水冲洗干净,补充阳极后放回镀槽。而通过咨询,其他公司普遍采用的方法是将阳极倒出,清理干净,腐蚀到表面出现新鲜铜,再冲洗干净后放入镀槽,比我们公司采用的方法严格得多,会不会是我们清洗阳极不干净造成污染昵? 

铜阳极上的黑色膜是正常生成的,脱落的黑膜应当落入阳极袋中,而不会污染药液,但是只要这些脱落的黑色物质流到阳极袋以外就会污染药液并形成铜颗粒。而我们对阳极的清洗如果不够彻底就很可能造成阳极泥的积累,长期积累就会通过阳极袋渗入镀液从而污染药液。问题的根源似乎找到了,但是如何才能有效处理这每筐近200公斤的阳极和用水冲不干净的阳极袋呢?对阳极进行

充分清洗可以有效减少黑膜的厚度,减少脱落黑膜对药液的污染。阳极上的黑膜有一部分是有效物质,在电解镀时又会重新生成,因此没有必要完全清理干净。但是阳极袋上的黑色物质则必须清理干净。通过微蚀的方法可以达到目的,进而消除铜颗粒的生成。

2.3问题解决方法:

得到以上结果后,我们将控制铜颗粒的重点放到对阳极袋的清理上,首先购买了备用阳极袋使阳极袋每次清理时可以更换,再安排将每次替下的阳极袋使用5%的硫酸.双氧水浸泡两周,冲洗干净后下次清理阳极时使用。阳极的清理过程依然按照以前的方法不变,用此方法最终控制住了电镀铜颗粒对产品质量的困扰。 

2 4对铜凸起的实验及分析: 

镀铜凸起的现象从表观看是铜箔平面上大量微小的铜“山峰”,从切片上来看,在一次铜与二次铜之间存在一层比较厚的微蚀层,而二次铜盖在微蚀层上显示了正常的电镀效果。此问题并非经常出现,但是出现此问题后对产品质量产生的影响却非常大。因为找不到明显规律,所以解决此问题首先需要确认问题出现的位置。在金相切片上存在比较厚的微蚀层,因此怀疑板子上是否存在氧化层,于是首先怀疑到镀前氧化上来,将关注要点放在图转显影。

图转显影工序定时更换清洗用水,每周做一次工艺维护,控制比较严格。板子在显影后表面观察不到任何痕迹。但是通过氯化铜溶液浸泡,板子上显示出了与电镀后缺陷形状相同的花纹。

追踪结果发现是显影后干燥部分的吸水辊维护方法不当,板子在此受到污染。 

同时在生产过程中还发现随着存放时间的延长,板面上会出现不均匀的氧化,严重的部分在电镀后会出现凸起。 

2.5问题解决方法: 

在要求每天对显影吸水辊清洗后再没有出现板面上的花纹。 

解决板子的氧化问题,通过查阅资料,了解到铜缓蚀剂最常用的是苯并三氮唑,它与铜反应生成不稳定的络合物,可以避免铜的进一步氧化。可是此物质会不会对镀液和镀铜层产生新的影响的?电镀前处理条件是否能够消除这一层络合物呢,首先确认在同样条件下,经过防氧化处理的板子与未经过防氧化处理的板子的微蚀速率相同,而且经过防氧化处理后的镀铜层也能经受热冲击实验及划格法胶带实验,表明这种防氧化剂可以采用。具体方法是在显影增加防氧化处理,使用的药液是浓度为2克,升的苯并三氮唑。 

3、电镀凹坑的解决 

3.1问题描述: 

    

铜表面上存在不同形状,深浅不一的小坑,有的甚至露出基板,导致产品报废。 

3.2现象分析: 

根据金相观察结果,电镀凹坑出现有3种类型。第一种凹坑出现在横向线路单测。凹坑底部光滑。第二种是点状凹坑,出现位置不确定。有的凹坑底部粗糙,有的凹坑底部光滑。第三种是很长一条凹坑,凹坑底部光滑。 

3.3线条上的凹坑实验及分析: 

凹坑出现位置显示出了垂直线体的特点,表明基本是镀铜槽出现问题。线路上横线条出现凹坑,怀疑是在线路,卜存有气泡导致电镀缺陷,线路上的气泡来源,在镀铜有空气搅拌,在镀锡,有析氢现象。凹坑底部光滑,表明镀锡良好,镀铜的空气搅拌属于成熟工艺,怎么会造成线路气泡呢? 

后来偶然将空气搅拌停止,发现镀槽上出现一层非常小的气泡,仔细检查镀槽的循环结构,发现循环泵的进口距离空气搅拌管过近,循环泵中央槽比较小而且中央槽内泵的进口管与镀槽的出17管同样距离过近,气体带入循环系统而且无法从系统中排除,导致循环泵中混入气体产生微小气泡吸附到板子上产生凹坑。

3.4解决方法:

在循环泵进口增加了一块挡板,杜绝了空气进入循环系统,将槽底的空气搅拌管由原来一根改为两根,最终解决了线条边缘的凹坑现象。

3.5点状凹坑实验及分析:

考虑板子出现凹坑是电镀前有杂质粘在板子上,造成电镀不良,所以检查沉铜后能接触板面的工序是否存在污染板子的可能。

检查图转工序,发现图转贴膜前使用腊布和粘辊清洁板子的习惯,随即考虑是否会造成板子污染,将贴膜前处理过的板子与未处理的板子进行电镀比较,明显发现凹坑增加的现象。所以确认贴膜前清洁方法不当反而对板子造成污染。

可是电镀未经过图转的板子,也发现板面出现凹坑,表明电镀线体存在污染源。我们认为板子出现凹坑是因为有杂质吸附在板子上并影响电镀,这些杂质能吸附在铜表面并且没有被搅拌冲走必然有一定的粘度,那样这些物质肯定很容易被循环过滤吸附下来,所以没有过滤设施的除油,微蚀,予浸成为关注的重点,通过前处理的丁达尔实验,发现除油,微蚀,予浸药液内都有悬浮物,通过实验室采用不同的物质和不同的水配制溶液,确定如果使用公司生产的DI水配制酸性药液,就会出现悬浮的沉淀。根据DI水生产工艺,结合北方水质,认为问题存在于DI水的生产过程。结论是无法消除。 

3.6处理方法:

针对图转贴膜前对板子的污染,改变了员工使用普通粘纸粘辊对板子的处理方法,购买了带有除尘装置的贴膜设备。 

针对电镀前处理槽中出现的悬浮物,我们在除油,微蚀,予浸槽增加循环过滤,最终保证消除了凹坑。 

3.7线状凹坑的实验及分析: 

线状凹坑似乎更象是刷板痕迹,因为从板面上看,板子上出现的痕迹几乎贯穿整板,凹坑底部光滑平整,从金相上看不出问题原因。但是因为凹坑太深了,所以仍然怀疑是电镀问题。

从现象上看,凹坑贯穿整个板面,而且非常光滑,所以怀疑是电镀前污染。而且此现象出现的机会非常少,几乎无法抓到。因此仍然从线体维护上检查。在检查过程中,发现图转显影风刀维护困难,虽然每次维护都将风刀表面擦拭干净,但是风刀里面很少进行清理,于是直接将风刀拆下,发现里面有一层黑色的污渍,与设备维修共同讨论污渍来源,认为是风机内部尘土和少量挥发油类

混和结果,随即将风机拆下,风机叶片上也有一层同样的污渍。认为是风机内的污染物吹到风刀,通过风刀再吹到板子上留下一条几乎贯穿整板的痕迹,最终造成局部电镀不良,厚度偏薄形成凹坑。

将风机和风刀清理干净后过了很长时间,再没有出现过线状凹坑。

3.8解决方法: 

每周工艺维护时,清理风刀和风机,消除污染源,解决凹坑的问题。 

4、光亮剂造成板面缺陷的解决

4.1问题描述: 

公司使用电镀铜光亮剂经常出现流量不稳定的现象,导致添加不准确,板子有时因光亮剂少造成板角镀粗现象,有时因光亮剂添加过量导致板面不亮。 

4.2现象分析:

每次板子出现异常时,都能确认是光亮剂泵添加流量出现误差,但是从实验室霍尔槽检查记录上却没有明显的反映,霍尔槽检查反应的问题不敏感。所以找到能比较简单地判定光亮剂浓度的方法和比较准确地添加光亮剂是解决上述问题的关键。

4.3实验及分析;

公司使用的光亮剂添加泵的自动添加原理是使用电流积分测量镀槽的导电量,当电量累计到设定值,将光亮剂添加泵开启一段时间,光亮剂泵按设定动作频率和活塞移动长度加入光亮剂,根据此原理控制光亮剂泵在规定的安时数添加适当的光亮剂。只要设定参数合理保证光亮剂泵的开启时 间比电量的累计时间短,理论上就能保证光亮剂的添加量正常。 

在校准时发现光亮剂泵一次开启的添加量不稳定,所以经常出现光亮剂添加量不准确的现象。将光亮剂泵拆下观察泵体密封结构,发现泵体是一个隔膜泵,本身没有泄漏问题,而进出口的单向阀实际上是凹碗里的陶瓷或塑料小球,这样的结构决定了其密封不会非常完善,管道阻力变化会对泄漏量造成较大的影响,最终会对添加量有较大的影响。而线体为了加光亮剂方便而将光亮剂泵的出口管做的很长,导致光亮剂泵的添加流量不准。 

光亮剂添加不象其他药液,可以随时化验分析,使用霍尔槽对药液进行分析因为实验室条件与实际生产条件不同经常难以准确判断,曾经出现过霍尔槽板不合格而线体生产合格,和霍尔槽板合格而线体出现异常的现象。

在光亮剂浓度控制方面,考虑到光亮剂本身的测量方法非常困难,于是想到使用示踪物质显示光亮剂的浓度,最终考虑到使用氯离子浓度作为光亮剂浓度的示踪物质。根据线体实际控制,盐酸的浓度变化比较大,一次加药后3-4天基本能够看到氯离子浓度的变化,而3_4天光亮剂添加偏离控制范围往往在板子质量上段有明显影响。如果将光亮剂与适当量的盐酸混合添加基本可以通过盐酸的浓度反映光亮剂的添加量。     

4.4问题解决: 

(1)解决光亮剂泵流量不稳定的问题,将光亮剂泵出口管缩短,减少管道出口阻力,保证了光亮剂流量的稳定。

(2)实验盐酸对光亮剂的影响,在确认少量盐酸对光亮剂的质量基本没有影响后,查阅了保存的有关电镀线体光亮剂消耗量和盐酸消耗量,以此数据为基数,将一定量的盐酸与光亮剂混合添加。 

以后检查电镀线体盐酸浓度变化情况,根据浓度数据几次矫正了浓度配比后,线体控制开始稳定,通过此次控制,解决了光亮剂添加不准确的状况。自从通过这两种方法联合使用,电镀线体的光亮剂得到有效控制,并且在几次意外故障造成的光亮剂添加异常时均能提前反映,做到了对电镀线体光亮剂的有效控制。同时因控制稳定有效减少了线体光亮剂的消耗。线体对光亮剂的控制也由以前的每周校准一次光亮剂流量逐步延长为每月检查一次光亮剂流量,维护工作和消耗都大大减少了。

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