卢大伟
(中航工业洛阳第六一三研究所洛阳伟信电子科技有限公司，河南洛阳471000)
摘要：按照印制板生产工艺步骤顺序来研究在何处可能出现孔内空洞现象，对存在有缺陷的印制板用金相剖切的方法，进行原因查找和缺陷分析，如识别空洞形状、位置等，并指出采取的方法措施，达到提升生产线加工能力和品质目的。
孔壁镀层空洞是印制电路板批量报废的缺陷之一， 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。金属化孔中出现铜导电层空洞的原因大概有两种：一种是沉积的金属不足;另一种是在充足量的金属沉积后，又因某种原因，失掉部分金属。不同的生产厂家，出现的空洞种类现象不同，我们公司出现的空洞缺陷形状和位置有：孔口一侧或两侧环状无铜;孔中间环状无铜;孔内呈点状或片状无铜等现象。在实际生产过程中，工艺人员借助于金相仪器，对出现孔内无铜的印制板逐一取样进行剖切分析，并作了总结。
1 孔内无铜原因简述
根据实际生产情况， 引起孔内无铜造成缺陷可能的影响因素如下：
(1)人。主要表现：① 未按工艺规范操作;②操作中电流密度计算错误或输错;③ 图形异常印制板，处理不良;④ 电镀铅锡后清洗不净;⑤ 生产线保养不当。
(2)机。主要是：① 震荡、摇摆、循环不足;② 导电不顺畅;③ 电镀电源不稳定。
(3)料。主要是：① 化学药品纯度不够：② 阳极袋透过性差或部分损坏;③ 阳极面积排列不对;④阳极纯度不够;⑤槽液受污染。
(4)法。主要是：①工艺参数设置不当;②槽液化学成分不符合工艺要求;③ 电镀后停留时间过长。
(5)环境。主要有：① 生产线上外来杂质影响;② 异物塞孔导致药水交换不良。孔内出现无铜首先必须从问题的原因界定做起，只有找到问题产生的原因，才能针对性地进行印制电路信息2012 No.2 孑L化与电镀Metallization&Plating
有效的改善和彻底解决。对存在的问题，借助于金相切片进行认真的判别，对所出现的缺陷进行严格判定，才有可能寻找出问题产生的真正原因，若界定错误将无法开展相应的纠正和改善， 因此缺陷原因的界定非常关键， 只有做好这一步才能深入全面检讨印制板生产流程和控制参数。
2. 孑L内空洞缺陷的详细分析
2.1 孔内无铜
2.1.1 该现象主要是化学镀铜造成
(1)沉铜槽的溶液浓度是首先要考虑的因素。一般来说， 铜含量、氢氧化钠与还原剂的浓度是成比例的， 当其中的任何一种含量低于标准数值的1O%时都会破坏化学反应的平衡， 造成化学铜沉积不良， 出现点状或片状的空洞，所以优先考虑沉铜槽的各药水参数。
(2)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。温度低，溶液活性达不到，所以对槽液的温度也要随时关注。
(3)活化槽液与还原槽液中离子钯偏低会影响钯的吸附，需要对活化液定时的进行添加补充，避免问题发生。还原剂浓度偏低，难以保证孔壁吸附的钯离子全部还原为钯原子，影响到化学沉铜自催化反应在孔壁上均匀进行。所以每次沉铜前需要用滴定的方法对活化槽液与还原槽液的活性进行检测。
(4)调整剂的使用温度、浓度与时间， 调整剂的作用不仅有除油功能，更重要有调节孔壁玻璃纤维电荷功能，所以调整剂药液的温度、浓度与时间有着较严格的要求，过高的温度会造成调整剂的分解，使调整剂的浓度变低，影响整孔的效果， 其明显的特征是在孔内出现点状空洞。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。药液中不断累积的铜离子浓度，也必须严格控制，要做到定期更换槽液。
2.1.2 图形电镀微蚀
图形电镀的微蚀量要严格的控制，严重时孔壁会大面积无铜，板面上的全板镀铜层厚度明显偏薄。所以要定时测微蚀速率，调整溶液，优化工艺参数。若在化学沉铜后，孔中有残留的湿气，或在下一步操作前放置时间太久，或腐蚀性气体氛围的影响，铜会被氧化， 在酸性镀铜前的预浸步骤中溶解。另一种可能是镀前的微蚀过度。
2.1.3 镀铅锡分散性差
由于溶液分散性能差或摇摆不足等因素使镀铅锡的镀层厚度不足， 在后面的碱性蚀刻和去膜时把孔中部的铅锡层和铜层蚀刻掉，产生片状空洞。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， 图形电镀铜层没有包裹全板镀层(一次铜)。针对这种情况，可以在镀铅锡前的浸酸内加一些镀铅锡光剂，能够增加板子的润湿性，同时加大震动和摇摆的幅度。
2.1.4 印制板半成品存在湿膜返工
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，进过次微蚀而最终产生孔内部分的无铜，所以需要控制湿膜板的返工次数。其明显的特征是孔内全板镀层渐渐变薄， 图形电镀铜层包裹全板镀铜层。
2.2 孔中心位置无铜，缺陷成环状
其特征是位置接近孔中心，孔两边对称， 即对面孔壁有同样宽度范围内无铜。而且在金相图片中显示对称分布，孔内有铜的部分，铜厚度正常，孔化与电镀Metallization&Plating 印制电路信息2012 No.2断层边缘有明显被蚀刻的痕迹， 图形电镀层(二次铜)没有包裹全板镀层(一次铜)。
2.2.1缺陷现象原因
这个现象主要是由于镀铅锡气泡引起的空洞，因电镀铅锡槽溶液润湿性差，设备摇摆幅度较小，孔壁不光滑， 使孔内气泡两边压力一样， 不能破裂，滞留在孔中造成。 电镀铅锡过程中孔内藏气泡，设备循环、震荡、摇摆等无法将气泡及时排出，造成药水交换不良，印制板经退膜腐蚀后造成缺陷。针对这种情况， 可以在镀铅锡前的预浸溶液中和镀铅锡中，加入润湿剂，能够增加板子的润湿性，增大阴极移动摇摆幅度、加强振动等，有效的避免气泡滞留在孔中。加强溶液循环过滤，为保证溶液循环过程中不产生气泡，溶液进入循环过滤泵须产生一种过饱和液流，防止泵中产生气泡。
2.2.2缺陷现象原因排除分析
(1)若是由于电镀铜孔内残留气泡造成， 仅仅是孔壁铜层厚度不均，不会呈现空洞。
(2)在镀铅锡时孔壁表面上若吸附有气泡，表现为小坑，空洞周围呈穗状。由尘埃，棉质品或油状膜引起的空洞，形状极不规则。
(3)若是由于化学沉铜时孔内残留气泡造成，呈现空洞，金相图片中，孔壁铜层厚度均匀，缺陷位置图形电镀层(二次铜)包裹全板镀层(一次铜)。避免气泡滞留有许多影响因素：增大阴极移动摇摆幅度、增大板间间隔，加强振动等。最有效的避免气泡进入孔中的方法为振动， 增加板面间隔，增加移动距离也十分重要。2.3孔口无铜，缺陷呈环状。
现象是：蚀板后孔角露铜，孔一侧或两侧都有缺陷。
2.3.1主要原因
该现象说明铅锡溶液在高区的走位能力较差。高电位镀层呈黑色、晶体粗糙， 电镀铅锡作为抗蚀层退膜后蚀刻出现的抗蚀不良孔边缘无铜，主要原因槽液有机污染，其次是镀铅锡槽液金属浓度偏低，摇摆不足， 电流密度过高，添加剂浓度偏低、含铅的阳极表面钝化(阳极电流密度过高)。措施是有机污染用炭芯过滤或炭粉处理时间4 h～6 h;调整槽液浓度在工艺规范要求范围内;对阳极清洁处理;加大震动和摇摆的幅度。
2.3.2刷板容易造成孔口无铜
全板镀完铜后， 丝印前刷板因刷辊压力过大，印制电路信息2012 No.2 孔化与电镀Metallization&Plating将全板镀铜层和孔口处的沉铜层被刷磨掉，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(二次铜)包裹全板镀层(一次铜)。所以要通过做磨痕测试， 控制刷板压力，尤其要检查新刷辊安装后刷痕情况。
2.4 靠近孔口或孔边缘无铜，空洞缺陷呈环状。
现象：空洞位于离板面较近的位置， 约50微米～ 70微米宽，离板面50微米～70微米，边缘空洞可能位于板一面或两面，可能造成完全或部分开路。图形转移工序孔口部位因显影不干净，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(二次铜)没有包裹全板镀层(一次铜)。该现象是由于抗电镀油墨进入孔内，显影时未去干净， 它阻碍铜、铅锡电镀， 油墨在退膜时去掉，铜层被蚀刻掉; 一般显影后很难发现孔内残留的油墨。
对碱性蚀刻流程而言，抗蚀不良的切片缺陷中图形电镀层没有包住平面层从这一点可界定缺陷是出现在图电前还是图电后。
2.5 靠孔中央部位出现空洞
现象特征：从孔的一端起 ，镀铜层厚度由孔口至中间， 由厚逐渐变薄，越接近孔中央越薄。
2.5.1 主要是镀铅锡分散性差，使铅锡走位
能力比较差，深镀能力不足引起由于溶液性分散性能差或摇摆不足等因素使镀铅锡的镀层厚度不足，在后面的去膜和碱性蚀刻时把孔中部的铅锡层和铜层蚀刻掉， 产生空洞。其明显的特征是孔内的全板镀层(一次铜)铜层厚度正常， 由孔口至中间， 图形电镀层(二次铜)由厚逐渐变薄; 断层边缘有明显被蚀刻的痕迹， 图形电镀层(二次铜)没有包裹全板镀层(一次铜)。其次原因是镀铅锡槽液酸浓度低、摇摆不足、添加剂浓度偏低、含铅的阳极表面钝化(阳极电流密度过高)、阴阳极接触性能不好、阳极表面钝化等，也可能造成该现象发生。针对这种情况， 可以在镀铅锡前的预浸溶液中和镀铅锡槽中， 加入润湿剂， 能够增加板子的润湿性，同时增大阴极移动摇摆幅度、加强振动等，有效的避免气泡滞留在孔中。调整槽液浓度在工艺规范要求范围内;对阳极清洁处理等，都可做到很好的改善加强溶液循环过滤， 为保证溶液循环过程中不产生气泡，溶液进入循环过滤泵须产生一种过饱和液流， 防止泵中产生气泡。
2.5.2 铅锡层的完整性保证
铅锡层在干燥的空气中不容易变色， 但容易受残留药水和水分的攻击导致电镀层不完整，而在后印制电路信息2012 No.2 表面涂覆SurfaceFinish蚀量控制在0.5 gm～0.8 gm之间， 同时还须严格控制OSP重工，如返工是在外观良好的前提下可以关闭微蚀段生产。
(2)使用低腐蚀性和低点解质浓度的OSP产品：
选择性OSP配套的专用除油剂和相对较高PH操作条件的OSP药水，对改善贾凡尼效应产生的色差有较好的改善效果。PH值较低的OSP药水除了易产生较严重的贾凡尼效应外，对于金厚控制较薄的PCB来说也是一个致命的杀手， 因为它会对金面产生较大的攻击作用，易出现金面“氧化” ，造成镍腐蚀(黑连接盘)，甚至出现焊接不良的风险。
(3)铜离子的控制：可通过减少微蚀铜离子含
量对OSP外观的影响，对于含有高金铜比结构的板，可相应采取低含铜(5 g/L)的前处理工艺。主槽中的铜离子控制也是很重要的，虽然铜离子是成膜不可或缺的重要角色， 但是过高的铜离子带来的金面变色问题也是十分突出的， 因此控制主槽的铜离子成为选择性OSP工艺中必控点。控制主槽的铜离子上升最好的办法选择带有“预浸”处理的OSP药水，预浸可以预上膜还可以有效控制过多的铜离子带入主槽中。另外一个控制主槽铜离子上升的要点是， 尽量避免大批量生产全铜OSP的PCB产品，也就是选择性的OSP板和全铜OSP板尽量做到分线生产。
4 结论
通过分析选择性OSPI艺中异色问题产生原因，主要受到有前工序、生产参数控制和设备以及贾凡尼效应等的几个方面影响，针对各类异色问题提出了相应的解决方法。对于异色问题的控制重点应放在防止贾凡尼效应的改善上来，因此对于选择性OSP体系的选择和微蚀量、铜离子等重点参数的控制就成为控制贾凡尼效应影响的关键。团
参考文献
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作者简介
陈世金，工程师、研发主管，主要从事新技术研究及新产品的开发
