孔金属化板板面起泡成因及对策探讨


作者:南京电力自动化设备总厂七分厂 王波

Discussion On Cause & Solution Of PTH Board Blising


摘要:本文介绍了对一例孔金属化板板面起泡现象产生原因的分析,并就分析提出各种解决方法。最终确定引起孔金属化板板面起泡的原因。
关键词:起泡、化学沉铜、全板电镀、活性、组份、自催化反应、歧化
0、 现象
一次, 更换沉铜槽槽液后,化学镀后的双面板经全板电镀厚铜后发现板面起泡,并伴有结瘤。起泡处形状不规则,目测其形状跟某种液体的自然流动而留下痕迹相似,并且每一处起泡都是以点开始的。
1.1一次分析
我们孔金属化板的典型工艺流程是:化学沉铜(去油——水洗——粗化——水洗——酸性预浸——活化——水洗——还原(1)——还原(2)——沉铜),全板电镀厚铜(水喷淋——酸预浸——全板电镀——水洗——钝化——水洗——风干)。
根据工艺流程我们直接否定了故障产生于电镀工段,因为电镀流程简单,如果产生这一现象,那末唯一的工序就是全板电镀,即是说电镀槽引入有机杂质。但是,共用电镀槽的图形电镀铜却没任何问题,因而确定产生于化学沉铜工段。
在化学沉铜工段,我们将重点放在还原与沉铜工序。因为根据更换槽液前的处理效果,去油与活化都不错,粗化与此现象没太大关系,而且这几槽槽液都没有更换。
根据起泡形状分析认为:这是由还原液引起,因为沉铜液的配制严格按照供应商提供的参数执行,还原液也是刚刚配制的,还原剂中引入杂质可能导致这一现象。还原剂的成份不清楚,只知是浓缩液。还原之后没有水洗,直接进行化学沉铜,这使杂质带入沉铜槽成为可能。
1.2解决方案
经与供应商联系,供应商建议将还原(2)改为蒸馏水水洗。采用建议后,情况有所改观,但是没有达到生产所要求的稳定度。经过一周多的维护与调整,溶液达到稳定状态,经过化学沉积铜的板面色泽鲜艳,铜层致密,经全板电镀后也没有起泡产生。
1.3小结
从上面的情况我们反过来思考所作的分析,在这一周多的时间内仍按供应商的参数维护,仅仅隔两到三天更换一次还原(2)的蒸馏水水洗,以防止还原(2)因还原(1)的残留液的带入而使起浓度上升。从这一情况看我们认为还原引入杂质的分析有误。
2.1二次分析
既然否定杂质的引入的可能,那么原因何在呢?在控制过程中发现新配溶液的反应很快,起泡是否与活性有关呢?这引起我们的关注,但因为溶液已达到稳定状态,故障无从找起,槽液的更换周期较长,对于起泡的跟踪观察就停止。
我们就活性的相关因素:Cu、NaOH、HCHO等组份的含量,工作温度,络合剂含量,稳定剂进行分析。
我们从下列图中可知:
1) 沉积速率随着Cu含量的升高而升高,在起始部分几乎呈正比关系。
2) 随着OH-、HCHO的浓度及温度的上升,沉积速率亦随之上升。可以从反应主式中得以证实:
2HCHO+2Cu2++4OH-→Cu+2HCHOO-+2H2O+H2↑ (1)
当[HCHO]、[Cu2+]、[OH-]中的任意一项上升,平衡就左移,即反应速度加快。
3) 浓度超过阀值,沉积速度增长缓慢,有资料表明此时副反应增强。其中几个副反应值得注意:
Cu2+→Cu+(2)
Cu++Cu+ →Cu↓+Cu2+ (3)
(2)、(3)式说明了在强碱条件下,Cu2+可能被还原成Cu+,Cu+在强碱条件下易歧化形成细小的粒,不规则的分布于溶液中。
4) 反应(1)式中有H2产生。
因此从反应入手分析:新配制溶液的浓度我们一般取推荐的上限与下限值的中值,因此溶液的活性极强。假设经高浓度的还原(1)处理后,再经低浓度 还原(2)处理,板面部分残留液的浓度还没有完全降低,直接入化学沉铜槽,极强活性的镀液使Cu在板面迅速沉积,残留液浓度较高部分的催化性较强,其反应速度也较快,使Cu来不及均匀、致密的沉积并与基材铜箔牢固结合。反应产生的H2也来不及排出,就被沉积的铜包围形成气泡,从而使沉积的铜游离于基材铜箔产生起泡。瘤状物质则有可能是高速反应的副产物Cu颗粒附着于板面,我们知道Cu颗粒以球面与溶液接触,不似基材铜箔以部分面积接触。因此就反应面积而言,铜颗粒较大,其反应速度也快许多,使局部自催化反应的化学沉积越来越快。
基于上述的认识,我们知道活性过强(即反应过快)是起泡产生的根本原因。因而控制反应速度才能从根本上解决起泡的产生。
2.2解决方案
有2.1的分析,在第二次更换槽液时,我们注意了组分的控制,并将供应商的参数作了更改,现表述如下:
经上述变更后,工作温度采用低温启动组份控制在较低的状态。更换槽液第一天沉积出的板子,色泽鲜艳、镀层致密,孔化质量好,起泡比例只有0.8%(按块数计)左右,即使存在这一现象的,起泡面积小、程度轻。相对前一次大批量、大面积、程度严重的情况而言,状况改观极大。经两到三天的正常维护,起泡现象完全消失,从而达到稳定生产。
2.3小结
经上述的调整,基本达到我们所期望的状态,但依然存在起泡现象。源于这次的调整是一次试验。各组份没有达到最佳的匹配状态。经过适当的调整是完全能达到最佳的。
3.几点建议
1) 从综合因素考虑,减缓反应速度的措施可全面一些。在降低Cu、HCHO、NaOH组份浓度的同时,可增加络合剂、稳定剂的浓度,这样既可使组份保持相对较高的浓度,避免组份浓度过低造成黑孔及其它不良的孔化,又可以保持较为缓慢的反应速度。即是说采取单一的方式是不可取的,那样会导致溶液组份失去平衡。
2) 随时间的推移,组份浓度应随着升高。所以,在开始的几天,严密监控组份浓度极为重要,根据沉积质量适当调整组份浓度。当达到稳定状态时,应逐步恢复到供应商的参数值。
3) 还原剂浓度适当低些。
必须指出:本文只作定性的讨论,对于量的概念应根据实际情况予以不同的处理。所以在行文过程中体现出这一点。在操作过程中作好记录,找出一般性规律以便于规律性添加,因为有些组份的增长并非线性。

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