圖形電鍍銅工藝中針孔原因分析

李 成 王一雄

（深圳市迅捷興科技股份有限公司，廣東 深圳 518100）

0 前言

印制電路板生產(chǎn)工藝多樣化，設(shè)備、物料、操作方式、生產(chǎn)參數(shù)也各不相同，但產(chǎn)品出現(xiàn)的品質(zhì)問題基本一致，只是產(chǎn)生頻率高低因地而異，圖形電鍍銅錫工藝中針孔異常就普遍存在。本文結(jié)合深圳工廠出現(xiàn)的持續(xù)性針孔案例，從原理上對針孔進(jìn)行解析，希望對業(yè)界工作者解決此類問題會(huì)有所幫助。

1 原理分析

1.1 圖形電鍍銅錫工藝出現(xiàn)的鍍銅針孔是氣泡型針孔

電鍍針孔分為析氫型針孔和氣泡型針孔，前者多出現(xiàn)在電鍍鎳金工藝，后者多出現(xiàn)在圖形電鍍銅工藝。在電鍍銅過程中，印制板充當(dāng)陰極參與反應(yīng)，溶液中的Cu2+和H+在板件上被還原，Cu的電極電位0.521 V大于H的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為0，Cu2+較H+容易被還原，析氫比率小，所以圖鍍銅針孔主要的是氣泡型針孔。

1.2 攪拌方式為打氣的龍門式圖鍍線產(chǎn)生鍍銅針孔

應(yīng)用在圖鍍工序的電鍍設(shè)備主要分兩種：VCP電鍍線和龍門式電鍍線。VCP電鍍線采用噴流的攪拌方式，若循環(huán)泵出現(xiàn)吸不出空氣現(xiàn)象，噴出的藥水就沒有氣泡，所以不會(huì)產(chǎn)生氣泡型針孔。龍門式電鍍線攪拌方式分底噴、側(cè)噴和打氣，底噴、側(cè)噴的攪拌方式不產(chǎn)生空氣不會(huì)產(chǎn)生針孔，打氣的攪拌方式就會(huì)面臨氣泡型針孔的問題。

1.3 氣泡型針孔產(chǎn)生條件有三

氣泡型針孔產(chǎn)生必須有三個(gè)條件：一有微小氣泡產(chǎn)生，二有障礙物“吸附”氣泡，三有飽和的電鍍?nèi)芤翰蝗芙鈿馀?。打氣產(chǎn)生氣泡大小不一，在電鍍銅溶液中氣泡越大受到向上的浮力越大，加上搖擺和振動(dòng)的干擾，只有微小氣泡能克服重重困難吸附在干膜側(cè)壁，控制氣泡型針孔產(chǎn)生的方法只有避免電鍍?nèi)芤猴柡汀?/p>

1.4 過量的“吸入”空氣或不暢的“呼出”空氣使電鍍?nèi)芤撼蔀闅鈶B(tài)飽和溶液

配備打氣裝置的電鍍液類同呼吸系統(tǒng)：吸，溶解鼓出的部分空氣；呼，在表面擴(kuò)散吸收的空氣，正常狀態(tài)為不飽和狀態(tài)，過量的吸入空氣和不暢的呼出空氣都會(huì)讓溶液飽和，主要原因有以下兩點(diǎn)。

1.4.1 過濾機(jī)吸入并壓縮空氣。

依據(jù)亨利系數(shù)公式溶解度DOf=（實(shí)際大氣壓/標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）×（477.8/（溫度+氣體常數(shù)））可知，壓力越大溶解的氣體越多，過濾泵吸入有氣泡的電鍍液，加壓狀態(tài)下使電鍍液溶解過量的空氣，藥水通過泵浦循環(huán)至槽內(nèi)恢復(fù)至正常壓力，但電鍍液吸入的氣體已過量成為飽和溶液。另外過濾機(jī)內(nèi)裝有棉芯，將氣泡擠壓成大量的微小氣泡混入電鍍液流出，使用針孔不良更嚴(yán)重。

1.4.2 電鍍液受到污染從而影響表面張力

電鍍液表面擴(kuò)散能力受損時(shí)，電鍍液正常吸入的空氣不能順暢的呼出，使正常吸入量逐步變低直至電鍍?nèi)芤撼娠柡蜖顟B(tài)。

理論來講，圍繞以上兩點(diǎn)思路即可解決氣泡型針孔問題。

2 案例解析

2.1 圖形電鍍銅錫線簡介

本公司圖形電鍍銅錫線經(jīng)過多次改造，目前有11個(gè)銅槽，編號19-29#，19-21#和29#是2012年增加的電鍍槽，槽體設(shè)計(jì)一致，22-24#和25-28#都是舊槽，主槽設(shè)計(jì)一致，詳細(xì)配置（見表1）。

2.2 案例描述

圖鍍針孔是品質(zhì)頑疾，電鍍線保養(yǎng)后會(huì)突發(fā)批量異常已具有規(guī)律性，2014年1月圖形電鍍銅錫線進(jìn)行碳處理后，持續(xù)出現(xiàn)針孔近一周幾乎停產(chǎn)，不良現(xiàn)象（如圖1）。核對生產(chǎn)記錄確認(rèn)19-29#均有針孔產(chǎn)生，19-21#銅缸產(chǎn)生針孔最嚴(yán)重，碳處理后的不良率最高，隨之持續(xù)降低（如圖1）。

2.3 原因分析

2.3.1 提取影響因子

電鍍槽會(huì)產(chǎn)生針孔，影響因素有電鍍?nèi)芤?、打氣裝置、過濾裝置和底噴裝置，因?yàn)榈讎娧b置沒啟動(dòng)，所以排除在外，影響因素只有前三者，區(qū)別其中二者即可有結(jié)論。

表1 電鍍銅線配置

圖1 電鍍針孔

2.3.2 層別過濾裝置

異常出現(xiàn)后條件反射立即關(guān)閉銅槽過濾泵持續(xù)3天并追蹤效果，核對生產(chǎn)記錄19-24#銅缸仍有針孔不良產(chǎn)生，25-29#銅缸沒有針孔，詳細(xì)描述見下表。保養(yǎng)后的管路均做過仔細(xì)排查不存在問題，19-21#和29#銅槽設(shè)計(jì)類似，22-24#和25-28#的設(shè)計(jì)類似，推論問題出在19-24#電鍍?nèi)芤荷稀４送普摲艘乃?，因?yàn)闃I(yè)內(nèi)出現(xiàn)針孔，幾乎與和打氣和過濾相關(guān)，很少是藥水出現(xiàn)問題，圖鍍線藥水剛進(jìn)行了碳處理，再次處理藥水還需進(jìn)一步確認(rèn)。

2.3.3 層別電鍍?nèi)芤?/p>

在對問題做研究的同時(shí)也需將異常遏制，所以關(guān)閉19-21#銅槽的打氣開啟底噴，槽內(nèi)沒有氣泡即使是飽和溶液也不會(huì)產(chǎn)生氣泡型針孔，22-24#銅槽重新開缸或與25-28#銅槽互換藥水會(huì)影響生產(chǎn)，此方案理論可行但不適合生產(chǎn)，所以策劃與準(zhǔn)備做碳處理的板鍍線互換藥水（電鍍光劑均為陶氏同一些系列），這樣可以將影響度降到最低。動(dòng)作實(shí)施以后結(jié)果如預(yù)期，針孔消失了，證明藥水受到污染。此點(diǎn)的確值得慶幸，因?yàn)閺膰?yán)格意義來講，板鍍線的藥水未被證實(shí)是正常藥水，對比性不足。

2.3.4 剖析過濾和循環(huán)系統(tǒng)

25#銅缸的過濾泵進(jìn)水口設(shè)在電鍍主槽底部，過濾泵開啟時(shí)有極大幾率吸入鼓風(fēng)機(jī)鼓出的空氣，29#銅缸的過濾泵進(jìn)水口設(shè)在電鍍副槽底部，副槽的進(jìn)水口為主槽的溢流口，過泵開啟時(shí)觀察副槽內(nèi)整槽氣泡，同樣有幾率吸入空氣，見電鍍槽側(cè)視（如圖2、圖3）。

圖2 25#銅槽打氣與過濾

圖3 29#銅槽打氣與過濾

將25#和29#銅槽打氣量調(diào)為弱中強(qiáng)在過濾開啟和關(guān)閉的兩種狀態(tài)下進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)描述見下表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與推論一致，25#和29#的設(shè)計(jì)過濾循環(huán)設(shè)計(jì)不合理，過濾機(jī)有吸空氣的隱患，25#銅缸的過濾泵進(jìn)水口設(shè)在槽底部，打氣越大，吸入越多（見表2）。

2.3.5 剖析保養(yǎng)后針孔激增

碳處理后針孔不良率激增，和保養(yǎng)清洗過濾機(jī)后的現(xiàn)象類似。打氣裝置一直開啟沒有動(dòng)，唯一變量只是打開了過濾機(jī)。正常設(shè)計(jì)時(shí)，過濾機(jī)的水平高度會(huì)高于槽內(nèi)藥水，主要避免開啟過濾泵時(shí)，電鍍藥水不會(huì)從過濾機(jī)漫出來。清洗后蓋上過濾機(jī)蓋子，1/3的過濾桶沒有充滿藥水，雖然會(huì)開啟排氣，但排氣的時(shí)間多達(dá)15 min（此點(diǎn)和過濾機(jī)的功率相關(guān)），氣體從排氣管出來的同時(shí)，也會(huì)經(jīng)過棉芯通過出水管進(jìn)入電鍍槽。

泵內(nèi)大部分空氣被壓縮，經(jīng)過棉芯排入電鍍槽，槽內(nèi)的微小氣泡增多，電鍍液成為飽和溶液。但電鍍液本身“呼吸”功能正常，假如關(guān)閉打氣泵不再吸入空氣，會(huì)很快的恢復(fù)至正常水平。驗(yàn)證關(guān)閉打氣泵的效果：26#與27#槽過濾、打氣都開啟，在保養(yǎng)過濾裝置靜置半小時(shí)后針孔變少了。

2.3.6 過濾泵進(jìn)水管破裂也會(huì)產(chǎn)生針孔

26#銅缸過濾泵進(jìn)水管漏藥水，關(guān)閉打氣后整槽藥水布滿微小氣泡，藥水已近泛白導(dǎo)致批量針孔報(bào)廢，這些均可歸類于過濾機(jī)吸空氣。

3 實(shí)施改善

產(chǎn)生針孔的原因已查明是碳處理后藥水收到污染和槽體設(shè)計(jì)不合理，污染的真因經(jīng)調(diào)取監(jiān)控進(jìn)行確認(rèn)錯(cuò)倒幾杯光劑有關(guān)，后面做的板在AOI反饋出現(xiàn)稀奇的可剝離的銅絲也進(jìn)行了佐證，污染的電鍍液擇期安排碳處理，關(guān)鍵是改善目前電鍍槽打氣系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和過濾泵空氣的排出問題。

3.1 銅槽打氣和過濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整

圖形電鍍銅錫線剩余空間小，無法增加副槽，只能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化：舊槽靠近過濾進(jìn)水口的3個(gè)打氣孔由原來的向下45°向鈦籃更改為向下45°向板件；底部進(jìn)水口由原來用45°傾斜并開孔的PP板遮擋更改為矩形的空心盒子，盒子靠近缸壁的一側(cè)開孔（如圖4）；有副槽的則增加遮蔽板（見圖4、圖5）。

3.2 保養(yǎng)時(shí)過濾泵的空氣排出問題解決

在保養(yǎng)過濾泵后弱電解拖缸的過程中關(guān)閉打氣靜置藥水半小時(shí)，再開打氣正常做板，既快捷又不影響生產(chǎn)，陶氏的光劑也能承受此點(diǎn)不會(huì)有品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。以上措施實(shí)施至今有五年，針孔異常已淡出視線，總報(bào)廢不足0.5 m2，此異常得到有效解決。

表2 層別打氣和過濾對針孔影響

圖4 25-28#主槽（俯視圖）

圖5 19-24#和29#副槽（正視圖）

4 總結(jié)

（1）電鍍槽內(nèi)過濾和打氣裝置的不良設(shè)計(jì)會(huì)讓過濾機(jī)吸入空氣使電鍍藥水成為飽和溶液，引起持續(xù)性的氣泡型針孔，優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)避免此點(diǎn)可有立竿見影的效果。

（1）電鍍液受到污染成為飽和溶液，即使關(guān)閉過濾也會(huì)持續(xù)的產(chǎn)生針孔，碳處理電鍍液是解決方式之一。

（2）保養(yǎng)過濾泵更換棉芯后排氣不良會(huì)引發(fā)針孔，關(guān)閉打氣靜置藥水使飽和的電鍍液恢復(fù)正?？梢詰?yīng)急解決，請購合適功率、高度合適的過濾泵可解決此類因素引發(fā)的針孔。

（3）過濾泵進(jìn)水管出現(xiàn)破裂會(huì)被吸入大量空氣引發(fā)批量針孔不良，點(diǎn)檢維護(hù)至為重要。

總之，過濾泵不吸氣的電鍍槽設(shè)計(jì)加上良好的過程維護(hù)會(huì)讓針孔無處循形。