CB鍍層缺陷成因及其對策

PCB鍍層缺陷成因分析及其對策[摘要]分析了金屬化孔鍍層的主要缺陷及產(chǎn)生原因，從各主要工序出發(fā)，提出了如何優(yōu)化工藝參數(shù)，進行嚴格的工藝及生產(chǎn)管理，以保證孔化質量的方法。[關鍵詞]多層印制板，金屬化孔，鍍層缺陷1前言

金屬化孔質量與多層板質量及可靠性息息相關。金屬化孔起著多層印制線路電氣互連的作用?？妆阱冦~層質量是印制板質量的核心，不僅要求鍍層有合適的厚度、均勻性和延展性，而且要求鍍層在288℃熱沖擊10秒不能產(chǎn)生斷裂。因為孔壁鍍銅層熱沖擊斷裂是一種致命的缺陷，它將造成內層線路間和內層與外層線路之間斷路；輕者影響線路斷續(xù)導電，重者引起多層板報廢。

目前，印制板生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的金屬化孔鍍層缺陷主要有：金屬化孔內鍍銅層空洞、瘤狀物、孔內鍍層薄、粉紅圈以及多層板孔壁與內層銅環(huán)連接不良等。這些缺陷的絕大多數(shù)將導致產(chǎn)品報廢，造成嚴重的經(jīng)濟損失，影響交貨期。2金屬化孔鍍層主要缺陷的產(chǎn)生原因及相應對策我們首先簡單回顧一下多層印制板的制造工藝過程。下料→制板→蝕刻

→黑化

→層壓→鉆孔

→去沾污及凹蝕處理→

孔金屬化→全板電鍍

→制板

→圖形電鍍

→脫膜→蝕刻

→絲印阻焊

→熱風整平

→絲印字符本文將從鉆孔工序、孔壁去樹脂沾污及凹蝕處理工序、電鍍及多層板層壓工序等幾個方面，分析金屬化孔鍍層的主要缺陷及產(chǎn)生原因，闡述如何優(yōu)化工藝參數(shù)，進行嚴格的工藝及生產(chǎn)管理，以保證孔化質量。2．1鉆孔工序大多數(shù)鍍層空洞部位都伴隨出現(xiàn)鉆孔質量差引起的孔壁缺陷，如孔口毛刺、孔壁粗糙、基材凹坑及環(huán)氧樹脂膩污等。由此造成孔壁鍍銅層空洞，孔壁基材與鍍層分離或鍍層不平整。下面，將對孔壁缺陷的成因及所采取的措施進行闡述：2．1．1孔口毛刺的產(chǎn)生及去除無論是采用手工鉆還是數(shù)控鉆，也無論是采用何種鉆頭和鉆孔工藝參數(shù)，覆銅箔板在其鉆孔過程中，產(chǎn)生毛刺總是不可避免的?？卓诿虒τ诮饘倩踪|量的影響歷來不被人們所重視，但對于高可靠性印制板的金屬化孔質量來講，它卻是一個不可忽視的因素。首先，孔口毛刺會改變孔徑尺寸，導致孔徑入口處尺寸變小，影響元器件的插入。其次，凸起或凹陷進入孔內的銅箔毛刺，將影響孔金屬化過程中電鍍時的電力線分布，導致孔口鍍層厚度偏薄和應力集中，從而使成品印制板的孔口鍍銅層在受到熱沖擊時，極易因基板熱膨脹所引起的軸向拉伸應力造成斷裂現(xiàn)象。傳統(tǒng)的去毛刺方法是用200～400號水砂紙仔細的打磨。后來發(fā)展到用碳化硅磨料的尼龍刷機械拋刷。但隨著印制板技術的不斷發(fā)展，9～18微米超薄型銅箔的推廣應用，使印制板加工過程中的去毛刺技術也發(fā)生了很大變化。據(jù)報道，國外己開始采用液體噴砂研磨法來去除孔口毛刺。一般來說，對于去銅箔厚度在18微米以上的覆銅箔層壓板孔口毛刺，采用機械拋刷法是十分有效的，只是操作時，必須嚴格控制好刷轆中碳化硅磨料的粒度和刷板壓力，以免壓力過大和磨料太粗使孔口顯露基材。用于去毛刺的尼龍刷轆中，碳化硅磨料的粒度一般為320～380#?，F(xiàn)代的雙面去毛刺機共有四個刷轆，上下各半，能一次性將覆銅箔板兩面的孔口毛刺同時去除干凈。在去除同樣一面的孔口毛刺時，兩個刷轆的轉動方向是相反的。一個沿順時針方向轉動，一個沿反時針方向轉動，加上每個刷轆的軸向擺動，使孔口毛刺受到沿板面各個方向上刷板力的均勻作用，從而被徹底地除去。去毛刺機必須配備高壓噴射式水沖洗段。液體噴砂研磨法，是利用一臺專用設備，將碳化硅磨料借助于水的噴射力噴射在板面上，從而達到去毛刺的目的。2．1．2孔壁粗糙、基材凹坑對鍍層質量的影響在化學鍍銅體系良好的狀態(tài)下，鉆孔質量差的孔壁容易產(chǎn)生鍍銅層空洞。因為在孔壁光滑的表面上，容易獲得連續(xù)的化學鍍銅層，而在粗糙的鉆孔孔壁上，由于化學鍍銅的連續(xù)性較差，容易產(chǎn)生針孔；尤其是當孔壁有鉆孔產(chǎn)生的凹坑時，即使化學鍍層很完整，但是在隨后的電鍍銅時，因為有電鍍層折疊現(xiàn)象，電鍍銅層也不易均勻一致，在鉆孔凹坑處，容易存在鍍層薄，甚至鍍不上銅而產(chǎn)生鍍層空洞。2．1．3環(huán)氧樹脂膩污的成因我們知道，印制板鉆孔是一個很復雜的加工過程，基板在鉆頭切削刃機械力，包括剪切、擠壓、扯裂、摩擦力的作用下，產(chǎn)生彈性變形、塑性變形與基材斷裂、分離形成孔。其中，很大部分機械能轉化為熱能。特別是在高速切削的情況下，產(chǎn)生大量熱能，溫度陡然升高。鉆孔時，鉆頭溫度在200℃以上。印制板基材中所含樹脂的玻璃化溫度與之相比要低得多。軟化了的樹脂被鉆頭牽動，膩在被切削孔壁的銅箔斷面上，形成膩污。清除膩污較困難，而且一旦在銅箔斷面上有一定量的膩污，會降低甚至破壞多層板的互連性。2．1．4避免鉆孔缺陷產(chǎn)生，提高鉆孔質量的途徑孔口毛刺、孔壁粗糙、基材凹坑及環(huán)氧樹脂膩污等缺陷，可通過加強以下幾方面的工藝、質量控制，得以去除或削弱，從而達到提高鉆孔質量的目的。2．1．4．1鉆頭的質量控制鉆頭本身的質量，對鉆孔的質量起著極為關鍵的作用，要求碳化鎢合金材料的粒度必須非常細微，應達到亞微級。碳化鎢合金無疏孔能耐磨，鉆柄與切削刃部分的直徑公差，均在0～0.005mm范圍內，整個鉆部、鉆尖及柄部同心度公差在0．005mm以內，鉆頭的幾何外形無缺損，即在40倍放大鏡下觀察，應無破口。一只好的鉆頭還應該具備另外一個特性，即對稱性。鉆頭的兩面在尺寸和形狀上必須相同。對稱性差會產(chǎn)生磨損鉆頭刃。為了保證鉆頭質量，必須對供貨廠家嚴格選擇，應從質量信得過的鉆頭生產(chǎn)廠家進貨。并對鉆頭進貨進行檢驗，不合格的產(chǎn)品不準用于生產(chǎn)。2.1．4．2鉆頭的形狀選擇鉆頭的主要形狀，一般分為普通型及錐斜型、鏟型和特殊型，對于小孔特別是多層板小孔，最好采用后三種，后三種的特點是刃帶的長度比較短，一般為0．5mm左右，它們可以明顯減少鉆孔的發(fā)熱量，減少沾污。2.1．4．3鉆頭排溝槽的長度鉆頭排溝槽的長度，對排屑是否順利起著至關重要的作用。如果排屑的溝槽太短，鉆屑無法順利排山，鉆孔的阻力增大，易造成鉆頭斷裂，且易沾污孔壁。所以，一般情況下，鉆頭排屑槽的長度，應為所疊板厚(包括上蓋板)加上鉆頭進入下墊板深度和的1.15倍，即應使排屑槽的長度，至少有15%部分留在板外。2．1．4．4控制鉆孔的工藝參數(shù)這里所指的鉆孔工藝參數(shù)包括每疊板的塊數(shù)、鉆數(shù)／進給比。2．1．4．5鉆頭的壽命控制由于每個工廠的情況都不完全一致，鉆頭使用的壽命也有所差異，應根據(jù)具體的實驗結果確定。當孔的質量指標中，有一項己—下降到接近公差極限時，就需要更換鉆頭，換下去翻磨或報廢。一般情況下，多層板允許的最大鉆孔數(shù)為1500個孔，而且，多層板一般不翻磨鉆頭。2．1．4．6上蓋板、下墊板的使用2．1．4．6．1上蓋板的使用鉆孔時使用的上蓋板，可以起以下幾個方面的作用：1)防止壓力腳對板面的損壞；2)防止入口面毛刺的產(chǎn)生；3)改善孔徑精度；4)減少小孔斷鉆頭的機率。假若不使用上蓋板，那么，鉆頭在穿透薄的銅箔后，鉆頭的某一邊有可能會與玻璃布撞擊，導致鉆頭的一邊受到較大的切削力，因而鉆頭會發(fā)生傾斜，從而影響定位精度。而且，在穿透之后，鉆頭在退回時，受力不均衡，鉆頭易折斷。上蓋板一般可采用0．2~0．4mm厚的硬鋁箔。清2摧．索1加．撲4櫻．甘6荒．團2縫下墊院板的舍使用坡采觀芒使用濫下墊子板，踏可以叼防止訴鉆頭涂碰到努工作肅臺面恰；還嶺可防菜止出僵口面掃產(chǎn)生捉毛刺斬。寬映嚇次下墊網(wǎng)板除尊了要脹求平柴整外坑，還某需要遞有一覽定的順硬度豆，沒關有油怕污染暗，以各防止辟偏孔貝毛刺三和孔示壁沾準污。檔美國嗽層壓末板公衫司有俘一種請波紋危板下度墊板蘭，當筍鉆頭泄鉆透雁很簿珠的鋁斷箔后估，在的空氣瓦中高精速旋子轉，豐當提偏鉆時罪，由換于文委氏管割效應長，一太股氣樓流有咽效地芹冷卻守鉆頭謊，大甚大降仁低了毀鉆孔掛溫度炮。度2繼．輪1鋼．柔4猜．犯7荷鉆頭知進入祝下墊聾板的威深度扇控制招吐優(yōu)借鉆頭線進入限下墊抖板的恒深度且應該鍬適度潮。下諒鉆太喘深，特使得竄排屑衛(wèi)槽留富于板判外的圾部分益小，予不利棟于碎格屑的亂排出漫，易帖堵塞尤孔，誕使鉆熊頭易周于斷芝在孔洋內。寨其次鑰，鉆貌得太唯深，旦有可輪能鉆才到鉆差機工壺作臺免上，蹄使鉆皂臺損唉壞。降另外弊，一隆般對亭1.閣5屠～陪1.束7券厚的先墊板亂，為攜提高還使用膛效率駐，降槽低生遺產(chǎn)成鵝本，方大多守使用捆兩次印，兩盤面各物用一易次，覺如果桌鉆得囑太深固，會氏使墊抄板鉆圈穿，城容易科產(chǎn)生塞毛刺晶。對辯于大均于窯0.挺6m抹m記的鉆內頭，壇下墊診板鉆扔入深候度應撒為稼0.鋸75途mm骨；而控小于眼0.冬6m若m敏大于望0.盜3m狀m如的鉆鞭頭，奮下墊型板的販鉆入除深度蠅為墓0.摧6m享m溫；而陜對小訴于粘0.廉3m屑m降的鉆挎頭，讓可以乎在下集墊板喇上墊蔬一厚晨紙，骨進行莫試鉆佛，以嶺確定賢下鉆箏的深軍度。筒這些羞參數(shù)風一旦羊確定壇，將棒這些磚數(shù)據(jù)澇編入炎鉆孔價程序型中。曬2角．優(yōu)2貿孔壁安去樹舞脂沾克污及浪凹蝕冤處理租工序枝舟霞首先濤應該恐指出蹲，凹禾蝕與太去沾筋污是蓬兩個晚互為塵關聯(lián)沈，但雅又相湯互獨敬立的狗概念葵和工重藝過棟程。嚴桃灶所以謂凹聽蝕，輩是指饑為了弄充分苦暴露策多層姨板的笨內層蕉導電時表面師，而劈控制仙性地孕去除痕孔壁駁非金匠屬材襖料至表規(guī)定吸深度制的工緞藝。末但偶所姿謂去率沾污棉，是佳指去倘除孔擺壁上胃的熔死融樹北脂和搭鉆屑紛的工附藝。扭捉西顯然川，凹石蝕的翼過程腎也是風去沾障污的層過程協(xié)。但班是，礙去沾卡污工只藝卻雙不一錄定有列凹蝕已效應閃。淺線灘盡管慧人們統(tǒng)選擇確優(yōu)質察基材較、優(yōu)論化多跟層板魚層壓呀及鉆層孔工沖藝參技數(shù)，脂但孔欣壁環(huán)起氧沾盾污仍賴不可行避免諸。為歲此，屈多層掀板在轉實施延孔金驕屬化薦處理冤之前尸，必殃須進么行去犧沾污罵處理貫。為羽進一勉步提蓮高金恐屬化搞孔與瘡內層移導體心的連斜接可答靠性摔，最五好在準去沾洗污的餡同時玻，進喚行一區(qū)次凹鏟蝕處毀理。感經(jīng)過穴凹蝕南處理尖的多購層板景孔，邊不但嫌去除辣了孔皮壁上予的環(huán)批氧樹觀脂粘嫂污層仿，而訊且使山內層禮導線醬在孔嗓內凸陡出，已這樣炸的孔軌，在怎實現(xiàn)叛了孔昂金屬耗化之挽后，鞋內層獲導體布與孔腔壁層推可以間得到販三維倒空間索的可授靠連慚接，凈大幅返度提右高多帳層板霉的可爐靠性眉。凹顫蝕深外度一勁般要肢求為關5～立10渾微米趕。嶼豎布孔壁獵去風樹脂誤沾污怨的方旨法大山致有知四種弓，即傾等離密子、褲濃硫伶酸、定鉻酸變及高牢錳酸顫鉀去定沾污考。由向于高露錳酸擾鉀去抗樹脂撿沾污群有較業(yè)多優(yōu)慚點：踩產(chǎn)生撞微小丘不平趙的樹型脂表耳面，途不像岡濃硫燃酸腐贊蝕樹漸脂產(chǎn)答生光股滑表否面；崗也不行像鉻般酸易芒產(chǎn)生濫樹脂爭過腐認蝕而碼使厭玻璃講纖維凝凸出乞于孔飯壁，句且不議易產(chǎn)嶄生粉廳紅圈牢，這披些都繪是高呀錳酸倡鉀去妄樹脂里沾污錯的優(yōu)淋點，珍故目哄前被族廣泛屈采用汗。夜為使過高錳城酸鉀樂去沾拍污及豪凹蝕蚊處理陽獲得沫均衡縱腐蝕歡速率盞，必腸須做培好工擔藝技霧術管幻理及胞維護償工作閘，具鮮體是撫：規(guī)2蛋．徐2椒．弊1續(xù)選用朵最佳堆工藝蕉參數(shù)催以安腫美特鳳公司匆溶液黃為例臘，其逼參數(shù)孩為：榮倆1)跳溶脹久劑蝕Se勻cu濁ri驅ga狼nt紐h鍬P：壇45半0～膽55種0m據(jù)l/杏L，筆最佳設50撫0m皺l/漿L。逃PH抄校正姥液：腫15幸～2市5m鬧l/修L，笨最佳虛23昏ml曉/L照。著或氫掃氧化揮鈉敲Na槽OH灣：宜6架～谷10腫g醫(yī)／析L址，最鋼佳茫10轎g淺/L姜。沖工作肉溫度抬：兩60于～柏80擠℃工，最垂佳悉70忙℃獲。紙?zhí)幚砼矔r間項：假5燃分畢30就秒。王2)悠高錳朋酸鉀棚KM僻nO添4貢：5么0～湖60擇g戰(zhàn)/L場，最培佳社60亡g惰/L升。桌氫氧售化鈉佛Na飲OH醉：談3護0羽～疫50凡g哭／聽L兆，最突佳踏40耽g這／輔L恢。尸工作許溫度算：踩60徹～痕80放℃劇，最翅佳管70躍℃礎。聚處理副時間鐵：皂12漂分。償3)必還原得劑每Se卷cu贊ri遙ga盛nt罵hP液：杜60三～巴90六ml變/L催，最僚佳洋7兼5m獻1/悔L繳。乳硫酸娘H管2徐SO齊4泳：5嶄5～央92壤g閘/L穿，最己佳貍92娛g栗／L殘。費玻璃愉蝕刻廈劑：筍5聽～母10龍g曬／址L它，最絲佳際7籍．械5g川／銹L霉?？瞎ぷ饕螠囟燃姡捍?0醋℃箏。繡處理表時間餡：樓5妨分。項2．量2．收2災每周疊測定美一次崖高錳眉酸鉀寄KM逆nO朱4倡、錳讓酸鉀高K奪2舞Mn和O刷4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