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PCB电路板孔壁镀层空洞问题及解决方法
  1. [ 日期:2017-06-13 查看次数:899 ]

随着印制电路板金属化孔孔径的越来越小,印制电路板孔壁电镀铜层空洞对产品合格率和整机使用可靠性的危害就越来越大。本文探讨了印制电路板孔壁电镀铜层空洞的成因,从而有的放矢地采取预防措施来提高印制电路板产品的合格率和整机使用可靠性

印制电路板孔壁一般用化学沉铜为后面的电镀做准备,化学沉铜法可在孔壁以及铜面上,形成极薄的导电铜层。而孔壁镀层的空洞是印制电路板孔金属化常见的缺陷之一,也是易引起印制电路板批量报废的项目之一,因此解决印制电路板镀层空洞问题是印制板厂家重点控制的一项内容,但由于造成其缺陷的原因多种多样,只有准确的判断其缺陷的特征才能有效的找出解决的方案。

用源兴影像测量仪检测出的PCB孔壁镀层空洞如下图所示:

那么,究竟是什么原因引起的PCB孔壁镀层出现空洞呢?让我们来一起探讨下。

 

1PTH造成的孔壁镀层空洞
PTH造成的孔壁镀层空洞主要是点状的或环状的空洞,具体产生的原因如下:
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1)沉铜缸铜含量、氢氧化钠与甲醛的浓度
铜缸的溶液浓度是首先要考虑的。一般来说,铜含量、氢氧化钠与甲醛的浓度是成比例的,当其中的任何一种含量低于标准数值的10%时都会破坏化学反应的平衡,造成化学铜沉积不良,出现点状的空洞。所以优先考虑调整铜缸的各药水参数。

2)槽液的温度
槽液的温度对溶液的活性也存在着重要的影响。在各溶液中一般都会有温度的要求,其中有些是要严格控制的。所以对槽液的温度也要随时关注。

3)活化液的控制
二价锡离子偏低会造成胶体钯的分解,影响钯的吸附,但只要对活化液定时的进行添加补充,不会造成大的问题。活化液控制的重点是不能用空气搅拌,空气中的氧会氧化二价锡离子,同时也不能有水进入,会造成SnCl2的水解。

4)清洗的温度
清洗的温度常常被人忽视,清洗的最佳温度是在20℃以上,若低于15℃就会影响清洗的效果。在冬季的时候,水温会变的很低,尤其是在北方。由于水洗的温度低,板子在清洗后的温度也会变的很低,在进入铜缸后板子的温度不能立刻升上来,会因为错过了铜沉积的黄金时间而影响沉积的效果。所以在环境温度较低的地方,也要注意清洗水的温度。

5)整孔剂的使用温度、浓度与时间
药液的温度有着较严格的要求,过高的温度会造成整孔剂的分解,使整孔剂的浓度变低,影响整孔的效果,其明显的特征是在孔内的玻璃纤维布处出现点状空洞。只有药液的温度、浓度与时间妥善的配合,才能得到良好的整孔效果,同时又能节约成本。药液中不断累积的铜离子浓度,也必须严格控制。

6)还原剂的使用温度、浓度与时间
还原的作用是去除去钻污后残留的锰酸钾和高锰酸钾,药液相关参数的失控都会影响其作用,其明显的特征是在孔内的树脂处出现点状空洞。

7)震荡器和摇摆
震荡器和摇摆的失控会造成环状的空洞,这主要是由于孔内的气泡未能排除,以高厚径比的小孔板最为明显。其明显的特征是孔内的空洞对称,而孔内有铜的部分铜厚正常,图形电镀层(二次铜)包裹全板镀层(一次铜)。

2、图形转移造成的孔壁镀层空洞
图形转移造成的孔壁镀层空洞主要是孔口环状和孔中环状的空洞,具体产生的原因如下:

1) 前处理刷板
刷板的压力过大,将全板铜和PTH孔口处的铜层被刷磨掉,使后面的图形电镀无法镀上铜,从而产生孔口环状空洞。其明显的特征是孔口的铜层渐渐变薄,图形电镀层包裹全板镀层。所以要通过做磨痕测试,控制刷板压力。

2)孔口残胶
在图形转移工序对工艺参数的控制非常重要,因为前处理烘干不良、贴膜的温度、压力的不当都会造成孔口的边缘部位出现残胶而导致孔口的环状空洞。其明显的特征是在孔内的铜层厚度正常,单面或双面孔口处呈现环状空洞,一直延伸到焊盘,断层边缘有明显被蚀刻的痕迹,图形电镀层没有包裹全板(参见图3)。

3)前处理微蚀
前处理的微蚀量要严格控制,尤其要控制干膜板的返工次数。主要是孔中部因电镀均匀性的问题镀层厚度偏薄,返工过多会造成全板孔内的铜层减薄,而最终产生孔内中部的环状无铜。其明显的特征是孔内全板镀层渐渐变薄,图形电镀层包裹全板镀层(参见图4)。

3、图形电镀造成的孔壁镀层空洞
1)图形电镀微蚀
图形电镀的微蚀量也要严格的控制,其产生的缺陷与干膜前处理微蚀基本相同。严重时孔壁会大面积无铜,板面上的全板层厚度明显偏薄。所以要定时测微蚀速率,最好通过进行DOE实验优化工艺参数。

2)镀锡(铅锡)分散性差
由于溶液性能差或摇摆不足等因素使镀锡的镀层厚度不足,在后面的去膜和碱性蚀刻时把孔中部的锡层和铜层蚀掉,产生环状空洞。其明显的特征是孔内的铜层厚度正常,断层边缘有明显被蚀刻的痕迹,图形电镀层没有包裹全板(参见图5)。针对这种情况,可以在镀锡前的浸酸内加一些镀锡光剂,能够增加板子的润湿性,同时加大摇摆的幅度。

4、结论
造成镀层空洞的因素很多,最常见的是PTH镀层空洞,通过控制药水的相关工艺参数能有效的减少PTH镀层空洞的产生。但其它因素也不能忽视,只有通过细致的观察,了解到产生镀层空洞的原因及缺陷的特点,才能及时有效的解决问题,维护产品的品质。由于本人的水平经验有限,在此列举了一些平时生产中遇到的实际问题,与同行共享和交流。

 

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本文转自网络

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