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如何改善PCB电路板电镀表面凹坑

出处:电子发烧友 发布于:2019-03-01 13:36:18 | 179 次阅读

受到中美贸易协议不明、中国经济降温、英法政治纷扰等大环境影响,以及手机等终端产品市场成长趋缓等因素影响,台湾电路板协会(TPCA)预估,2019年台商两岸PCB产值将较去年成长1.5%左右,产值预估达新台币6611亿元。

随着PCB电路板线路制作精细化程度的提高,线路制作中的开短路问题成为影响产品合格率的重要因素,通常对于线路合格率的改善行动会考虑到干膜附着力,曝光能量等因素,从整个系统制作的角度来说,电镀后板面本身的平整度是影响线路良率的一个根本和直接的原因。

对于采用垂直连续电镀的填孔板,板面凹坑是主要问题点,在图形区域的凹坑很大程度上会导致线路的开缺口,如除油不良凹坑大小在50um上下波动。对于4mil的线路影响不大,但对于3mil线路的影响会突显出来。该现象现在越来越引起各PCB厂的重视。因此,本文从改善电镀表面凹坑缺陷出发,以提高线路制作合格率为关注点,通过对垂直连续电镀流程的工艺改善,解决板面凹坑对线路制作的不良影响。

造成PCB电路板板面凹坑的原因有很多,如板面抗镀,针孔,刮伤等,通过对缺陷的采集分类,如表格1和图表1,可以看到不同凹坑缺陷的比例分布。

PCB电路板电镀

根据以上的缺陷比例分析,抗镀是造成凹坑的主要原因。前期改善主要是针对表面有明显杂物开展的,但仍有比较高的凹坑比例,进一步分析认为当前引起板面抗镀的最可能因素是电镀前板面的有机物质污染,包括外界引入的油脂(比如手指印引入的)、矿物油脂(比如导电油),还包含前道工艺引入的吸附在板面的有机物质,并且这些有机物质对线路的缺口断线贡献可能更隐蔽、更大一些。最可能是PTH工序的化学品夹杂在化学铜之间难以去除。

PTH化铜槽药水中包含络合剂(EDTA)、稳定剂(吡啶)等物质。这些物质都与铜离子有比较强的作用力,吸附在板面后去除比较难,只有在碱性环境下才有比较高的溶解性。

既然无法避免PCB电路板板面有机物质的产生,那么我们就需要在后工序处理上来降低有机物质的含量。也由此有了在电镀前引进了碱性除油剂的想法。

1.碱性除油的引入  

通常在电镀前处理基本都使用酸性除油体系,因为电镀药水均为酸性体系,很少有人使用碱性除油。但是通过分析可知,与VCP电镀前处理的酸性除油剂相比,碱性除油去污能力更好,对PTH化学品残留和在线路板搬用过程中沾污的油污去除能力更强,且VCP线在除油后面有热水洗和酸浸,这样完全可以保证碱性除油在进入电镀槽液前能够完全清洗干净,不会污染槽液,另外碱性除油相对于酸性除油不会对PTH化学沉铜腐蚀更好的保证化学沉铜的完整,故而选择碱性除油。  

两者成分和作用的对比如下表:  

2.试验测试  

2.1试验流程设计  

…→上板→脱气→碱性除油(酸性除油)→DI水洗→酸洗→预镀→DI水洗→微蚀→DI水洗→… 

2.2试验结果  

采用两批测试板,Panel1和Panel2各分别用酸碱除油方式进行前处理后检查其线路制作的良率,得到图表2中的结果。

Panel1和Panel2的线路难度不同,因此两者的缺陷数量有明显差别。  

从图表2所示的数据上看,使用碱性除油后,断线缺口缺陷明显改善,相比酸性除油,碱性除油能有效将缺陷率下降70%以上。  

此外,试验还对比了除油浓度5%与7.5%状态下处理的板面线路制作缺陷率,分别为45%和35%,发现除油液浓度高对缺陷的减少有改善。 

3.生产应用  

在一条垂直连续电镀线上试使用碱性除油代替原来的酸性除油,同时统计了6月份至12月一款在线生产电路板两个层次的线路缺口断线缺陷率。

从图表3和图表4的缺陷率变化趋势可以看到自8月份开始碱性除油前处理后,该型号PCB电路板的缺口断线缺陷率有明显的下降。  

由于VCP1#线更换前处理药水对改善断线、缺口取得的成功,因此,将碱性除油剂应用并推广至所有垂直连续电镀线前处理上。 

4.结论  

电镀后板面的凹坑将会直接引起后工序线路制作的断线缺口,而抗镀是造成凹坑的主要原因,通过分析,前工序中板面会吸附油脂等有机物质,而这些有机杂质在原有酸性除油剂中无法清除,造成板面的抗镀。使用碱性除油剂则可以有效地溶解板面有机物质。

实验证明,相比酸性除油,采用碱性除油剂能够将线路缺陷率下降70%以上,将该前处理方法推广到生产线后,通过SPC监控,发现线路制作缺陷在前处理方法改变后有明显下降趋势。目前已经在各条垂直连续电镀线推广使用碱性除油。后续还将继续监控碱性除油后的线路制作效果,这一改善性举措相信是稳定提高线路制作越来越精细的PCB电路板产品合格率的一条捷径。

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