楊衛(wèi)峰

（天津普林電路股份有限公司，天津 300250）

1 前言

在PCB生產(chǎn)中，表面涂飾復(fù)合工藝大體分為以下幾種：沉鎳金+選擇鍍金工藝，選擇沉鎳金+OSP工藝，選擇沉鎳金+HASL，選擇鍍鎳金+ HASL等。選擇性沉鎳金稱“選化板”，就是對產(chǎn)品焊盤進(jìn)行局部沉鎳金。在眾多的復(fù)合工藝中，選擇沉鎳金+HASL工藝，既解決了因垂直噴錫造成焊盤吹不平整缺點，又能繼承了HASL可焊性的優(yōu)點；其次，在保存周期上，又優(yōu)于其它的復(fù)合工藝。在目前IC 的集成度越來越高，IC腳也越多越密形式發(fā)展下，此種工藝憑借于其優(yōu)越的性價比，越來越受到客戶的青睞。

但是，此種工藝在加工的制程中給生產(chǎn)帶來了很大的不便，在這里主要結(jié)合我公司在沉鎳金制程加工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論。

1 選化板生產(chǎn)流程介紹

下料+………沉銅+全板鍍銅+……。絲印印濕膜+……圖形轉(zhuǎn)移貼膜+對板+曝光+顯影+選擇沉鎳金+去膜+……。

2 問題描述

選化板生產(chǎn)流程：下料+……沉銅+全板鍍銅+……絲印印濕膜+……圖形轉(zhuǎn)移貼膜+曝光+顯影+選擇沉鎳金+ 去膜+……。

問題一：選擇沉鎳金產(chǎn)品在沉鎳金的制成中出現(xiàn)板邊“無鎳層沉積”或“鎳厚度薄”（圖1），此種情況直接影響到金槽壽命以及產(chǎn)品質(zhì)量。

問題二：金盤面“凹坑”現(xiàn)象（圖2）。

3 問題分析及改善

圖1 跳鍍

圖2 凹坑

3.1 問題一：板邊“無鎳層”或產(chǎn)品“鎳薄”

對板邊“無鎳層”或是產(chǎn)品“鎳薄”此種現(xiàn)象原因主要有以下幾點

原因一：鎳槽藥水比例失調(diào)。沉鎳反應(yīng)屬于表面自我還原反應(yīng)，主要包括鎳離子、次磷酸氫鈉、OH-離子，有機添加劑、絡(luò)合劑、加速劑、穩(wěn)定劑等。鎳藥水提供電子，產(chǎn)品吸收電子，若是槽液中穩(wěn)定劑含量過高，導(dǎo)致藥水的選擇性增加，不容易提供電子，導(dǎo)致還原反應(yīng)無法進(jìn)行，使得出現(xiàn)“跳鍍”。還原劑含量過高使得槽液進(jìn)行自我反應(yīng)，使得產(chǎn)品出現(xiàn)“跳鍍”

措施：驗證鎳槽內(nèi)NPR-D劑在鎳槽的含量。

驗證條件：每隔20 min進(jìn)行取樣分析，開缸標(biāo)準(zhǔn)為3 ml/L，時間段：2 h（更換碳芯間隔），以更換碳芯后添加500 mlNPR-D循環(huán)5 min開始取樣。 從分析的數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過2 h生產(chǎn)后，鎳槽藥液NPR-D含量為3.4183 ml/L，消耗大約為1.0 ml/L，總共消耗400 mlNPR-D

結(jié)論：目前線體生產(chǎn)條件，每2 h添加NPRD500 ml，因此，藥槽中的NPR-D含量不會影響藥液的穩(wěn)定。

原因二：活化效果不良。產(chǎn)品在鎳槽的反應(yīng)分為兩步：第一步，鎳離子在鈀層進(jìn)行還原反應(yīng)；第二步：鎳離子覆蓋鈀層之后，鎳作為表面催化劑進(jìn)行還原反應(yīng)。因此，若是銅面活化鈀不良，將直接影響鎳層的沉積，可能出現(xiàn)“鎳薄”，“跳鍍”

措施：（1）提高活化槽溫度：由原來的28 ℃控制提高到30 ℃；（2）將活化液濃度提高至工藝上限；提高活化時間。通過跟蹤，在生產(chǎn)過程中（鎳槽1.5MTO左右出現(xiàn)板邊“無鎳現(xiàn)象”）；（3）通過分析，對沉鎳金制程流程進(jìn)行更改，原來制程：……+活化+酸洗+水洗+水洗+沉鎳+……；

更改后制程：……+活化+水洗+水洗+沉鎳+……。

此次流程更改，將活化后酸洗取消，目的是增強銅面鈀的活性，能夠與鎳最初進(jìn)行迅速反應(yīng)。跟蹤鎳槽每個周期（0、0.5MTO、1.0MTO、1.5MTO、2.0MTO、2.5MTO、3.0MTO、3.5MTO ，在此過程中，一直生產(chǎn)選化板），在2.5MTO～3.0MTO時，出現(xiàn)板邊“無鎳”現(xiàn)象。但是相比之下，此種流程有效的改善了選化板加工。

結(jié)論：通過更改沉金流程能夠有效的改善選化板加工，降低缺陷產(chǎn)生。

原因三：鎳槽有機污染，使得活性降低。

鎳槽中含有有機物的源頭為干膜，此干膜的溶出直接影響沉鎳金產(chǎn)品的質(zhì)量，對此進(jìn)行驗證。

措施：（1）驗證干膜對藥液的影響，驗證鎳槽不同周期、在干膜溶出量的增加藥液內(nèi)有機物含量的變化以及表面金、鎳厚度的變化（如圖3、圖4）。

圖3 干膜溶出量與金層厚度

圖4 干膜溶出量與鎳層厚度

結(jié)論：隨著鎳槽壽命的增長，干膜的溶出逐漸增強，鎳的沉積速率越來越低。因此，影響鎳槽活性主要為干膜溶出。

根據(jù)以上的分析結(jié)果，干膜對藥液的影響相當(dāng)嚴(yán)重，因此，根據(jù)流程，重新對二次圖轉(zhuǎn)干膜進(jìn)行設(shè)計如圖5。

圖5 干膜圖形設(shè)計改進(jìn)

（2）對目前碳芯進(jìn)行驗證

對有機物的去除主要使用碳芯定時過濾，碳芯的過濾效果直接影響藥液的穩(wěn)定性。對現(xiàn)場的過濾芯進(jìn)行驗證。經(jīng)過循環(huán)過濾后，過濾芯黑色膠片已經(jīng)脫落或是完全掉落，此種現(xiàn)象直接影響其吸附效果，其次，粘結(jié)膠對藥液的影響相當(dāng)大。對于這種現(xiàn)象，通知材料供應(yīng)商進(jìn)行改善。

結(jié)論：經(jīng)過改善之后，沒有出現(xiàn)板邊“跳鍍”或“無鎳”現(xiàn)象，鎳槽狀態(tài)正常，產(chǎn)品厚度能夠合格。

問題一小結(jié)：通過以上的驗證及改善，產(chǎn)品板邊“跳鍍”主要是由于槽內(nèi)有機物含量過高，影響鎳槽活性。板面干膜覆蓋量大，造成藥液中有機物含量增加。其次，從碳芯狀態(tài)看來，過濾芯不能有效地吸附槽內(nèi)干膜的溶出造成。根據(jù)以上現(xiàn)象，通過改善產(chǎn)品設(shè)計、沉金制程，供應(yīng)商對碳過濾芯進(jìn)行改善，此種缺陷已經(jīng)消除。

3.2 問題二：金盤面“凹坑”

金盤表面出現(xiàn)凹坑，均勻的分布在焊盤表面，經(jīng)過對缺陷的切片分析，凹坑部位的鎳層厚度為2.47 μm，正常鎳槽厚度在5 μm ～ 7 μm，相差3 μm ～ 4 μm；且狀態(tài)如球形。因此，對以下狀態(tài)進(jìn)行排查。

（1）線體所有的震蕩、循環(huán)進(jìn)行檢查，微蝕/酸洗、鎳槽循環(huán)及震蕩均合格。

（2）鎳槽內(nèi)異物引起（炭粉泄露）檢查過濾機過濾狀況，生產(chǎn)選擇沉鎳金產(chǎn)品，按照工藝規(guī)定，每隔2 h進(jìn)行對碳芯更換1次（目的：有效的去除因干膜影響產(chǎn)生的有機物）。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑色膠皮幾乎脫離，此種情況很可能會造成炭粉的脫落。因此，再對藥水進(jìn)行棉芯過濾，棉芯上有黑色物質(zhì)，利用SEM/EDX分析棉芯附著的“黑色”物質(zhì)成分為碳。如圖6可看出，炭粉與鎳產(chǎn)生了共沉積，在金盤邊緣與表面都出現(xiàn)不同缺陷狀態(tài)。

圖6 鎳槽內(nèi)炭粉影響

引起金表觀缺陷的主要為碳芯的炭粉泄露造成，因此要求材料供應(yīng)商進(jìn)行改善。改善后的碳芯進(jìn)行對藥液循環(huán)過濾后，再用棉芯進(jìn)行對藥液2小時過濾已無炭粉泄露。

問題二小結(jié)：通過分析確認(rèn)，“金盤凹坑”產(chǎn)生是由于炭粉泄露造成。

4 結(jié)論

（1）造成板邊“無鎳層”或產(chǎn)品“鎳厚度薄”主要是由于藥液被干膜（有機物）溶出，鎳槽藥液受到污染；其次，碳芯不能有效地去除藥液中的有機物，影響了鎳槽的穩(wěn)定性。

（2）造成“金盤面凹坑”是由于碳芯炭粉泄露在鎳槽藥液中所導(dǎo)致。

影響缺陷產(chǎn)生的因素是多方面的，但是只要我們做到“清潔”生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量才能得到保證，工藝才能夠穩(wěn)定。