如何改善PCB電路板電鍍表面凹坑

受到中美貿(mào)易協(xié)議不明、中國經(jīng)濟(jì)降溫、英法政治紛擾等大環(huán)境影響，以及手機(jī)等終端產(chǎn)品市場成長趨緩等因素影響，臺灣電路板協(xié)會(TPCA)預(yù)估，2019年臺商兩岸PCB產(chǎn)值將較去年成長1.5%左右，產(chǎn)值預(yù)估達(dá)新臺幣6611億元。

隨著PCB電路板線路制作精細(xì)化程度的提高，線路制作中的開短路問題成為影響產(chǎn)品合格率的重要因素，通常對于線路合格率的改善行動(dòng)會考慮到干膜附著力，曝光能量等因素，從整個(gè)系統(tǒng)制作的角度來說，電鍍后板面本身的平整度是影響線路良率的一個(gè)根本和直接的原因。

對于采用垂直連續(xù)電鍍的填孔板，板面凹坑是主要問題點(diǎn)，在圖形區(qū)域的凹坑很大程度上會導(dǎo)致線路的開缺口，如除油不良凹坑大小在50um上下波動(dòng)。對于4mil的線路影響不大，但對于3mil線路的影響會突顯出來。該現(xiàn)象現(xiàn)在越來越引起各PCB廠的重視。因此，本文從改善電鍍表面凹坑缺陷出發(fā)，以提高線路制作合格率為關(guān)注點(diǎn)，通過對垂直連續(xù)電鍍流程的工藝改善，解決板面凹坑對線路制作的不良影響。

造成PCB電路板板面凹坑的原因有很多，如板面抗鍍，針孔，刮傷等，通過對缺陷的采集分類，如表格1和圖表1，可以看到不同凹坑缺陷的比例分布。

PCB電路板電鍍

根據(jù)以上的缺陷比例分析，抗鍍是造成凹坑的主要原因。前期改善主要是針對表面有明顯雜物開展的，但仍有比較高的凹坑比例，進(jìn)一步分析認(rèn)為當(dāng)前引起板面抗鍍的最可能因素是電鍍前板面的有機(jī)物質(zhì)污染，包括外界引入的油脂(比如手指印引入的)、礦物油脂(比如導(dǎo)電油)，還包含前道工藝引入的吸附在板面的有機(jī)物質(zhì)，并且這些有機(jī)物質(zhì)對線路的缺口斷線貢獻(xiàn)可能更隱蔽、更大一些。最可能是PTH工序的化學(xué)品夾雜在化學(xué)銅之間難以去除。

PTH化銅槽藥水中包含絡(luò)合劑(EDTA)、穩(wěn)定劑(吡啶)等物質(zhì)。這些物質(zhì)都與銅離子有比較強(qiáng)的作用力，吸附在板面后去除比較難，只有在堿性環(huán)境下才有比較高的溶解性。

既然無法避免PCB電路板板面有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)生，那么我們就需要在后工序處理上來降低有機(jī)物質(zhì)的含量。也由此有了在電鍍前引進(jìn)了堿性除油劑的想法。

1.堿性除油的引入

通常在電鍍前處理基本都使用酸性除油體系，因?yàn)殡婂兯幩鶠樗嵝泽w系，很少有人使用堿性除油。但是通過分析可知，與VCP電鍍前處理的酸性除油劑相比，堿性除油去污能力更好，對PTH化學(xué)品殘留和在線路板搬用過程中沾污的油污去除能力更強(qiáng)，且VCP線在除油后面有熱水洗和酸浸，這樣完全可以保證堿性除油在進(jìn)入電鍍槽液前能夠完全清洗干凈，不會污染槽液，另外堿性除油相對于酸性除油不會對PTH化學(xué)沉銅腐蝕更好的保證化學(xué)沉銅的完整，故而選擇堿性除油。

兩者成分和作用的對比如下表:

2.試驗(yàn)測試

2.1試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

…→上板→脫氣→堿性除油(酸性除油)→DI水洗→酸洗→預(yù)鍍→DI水洗→微蝕→DI水洗→…

2.2試驗(yàn)結(jié)果

采用兩批測試板，Panel1和Panel2各分別用酸堿除油方式進(jìn)行前處理后檢查其線路制作的良率，得到圖表2中的結(jié)果。

Panel1和Panel2的線路難度不同，因此兩者的缺陷數(shù)量有明顯差別。

從圖表2所示的數(shù)據(jù)上看，使用堿性除油后，斷線缺口缺陷明顯改善，相比酸性除油，堿性除油能有效將缺陷率下降70%以上。

此外，試驗(yàn)還對比了除油濃度5%與7.5%狀態(tài)下處理的板面線路制作缺陷率，分別為45%和35%，發(fā)現(xiàn)除油液濃度高對缺陷的減少有改善。

3.生產(chǎn)應(yīng)用

在一條垂直連續(xù)電鍍線上試使用堿性除油代替原來的酸性除油，同時(shí)統(tǒng)計(jì)了6月份至12月一款在線生產(chǎn)電路板兩個(gè)層次的線路缺口斷線缺陷率。

從圖表3和圖表4的缺陷率變化趨勢可以看到自8月份開始堿性除油前處理后，該型號PCB電路板的缺口斷線缺陷率有明顯的下降。

由于VCP1#線更換前處理藥水對改善斷線、缺口取得的成功，因此，將堿性除油劑應(yīng)用并推廣至所有垂直連續(xù)電鍍線前處理上。

4.結(jié)論

電鍍后板面的凹坑將會直接引起后工序線路制作的斷線缺口，而抗鍍是造成凹坑的主要原因，通過分析，前工序中板面會吸附油脂等有機(jī)物質(zhì)，而這些有機(jī)雜質(zhì)在原有酸性除油劑中無法清除，造成板面的抗鍍。使用堿性除油劑則可以有效地溶解板面有機(jī)物質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)證明，相比酸性除油，采用堿性除油劑能夠?qū)⒕€路缺陷率下降70%以上，將該前處理方法推廣到生產(chǎn)線后，通過SPC監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)線路制作缺陷在前處理方法改變后有明顯下降趨勢。目前已經(jīng)在各條垂直連續(xù)電鍍線推廣使用堿性除油。后續(xù)還將繼續(xù)監(jiān)控堿性除油后的線路制作效果，這一改善性舉措相信是穩(wěn)定提高線路制作越來越精細(xì)的PCB電路板產(chǎn)品合格率的一條捷徑。