金面花斑改善研讨

周爱明 叶汉雄

（惠州中京电子科技股份有限公司，广东 惠州 516008）

金面花斑改善研讨

周爱明 叶汉雄

（惠州中京电子科技股份有限公司，广东 惠州 516008）

通过管控防焊显影水洗、沉金微蚀缸微蚀量，改善铜面水迹印微蚀不均匀导致的金面花斑问题。

水洗；微蚀；歧化反应

1 前言

在PCB制造行业，沉金后金面花斑问题时有发生，如果进行返工处理风险非常大，有可能造成批量报废。必须查明产生不良问题的原因提前预防，改善金面花斑产生的几率，从而提高产品品质。

2 问题现状

生产板在沉金线先后出现较严重的金面花斑问题（见图1）。经跟进调查，发现该几批问题板在沉金之前铜面均存在不同程度水迹印，经过沉金线无法完全除去，导致了沉金后金面花斑的产生，而沉金前按正常生产条件再次在防焊（阻焊）作微蚀前处理之后进行沉金，金面花斑问题可以得到有效的解决。

3 试验方案

3.1 板面水迹印问题产生的原因及对金面花斑问题的影响

在调查过程中发现，产生金面花斑的问题板在沉金之前板面均有不同程度的水迹印，再查看防焊显影后的板，发现板面上确实存在相似的水迹印，即使在显影后没有的在固化后也大都会表现出来，因此不可否认是防焊显影问题是导致水迹印产生的主要因素。同时，几乎所有型号的防焊显影板板面均有水迹印问题，但是并不是所有型号的生产板沉金后都会出现金面花斑问题。因此认为：防焊显影水迹印问题是导致沉金后金面花斑的重要因素，但不是唯一的因素。

为解决显影后板面水迹印问题，采取以下试验方案：

（1）增加防焊显影机烘干温度，由原先的（50 ±5）℃改为（60±5）℃，同时更换水洗槽水洗水，进行试板以考察改善烘干﹑水洗效果对板面水迹印的影响。

（2）在显影槽出口段加上挡水滚轮，在水洗槽出口加上吸水海棉轮，以减少显影药水及水洗水的带出。

3.2 沉金线微蚀缸微蚀量对金面花斑问题的影响

在调查中我们发现，以往多次的板面水迹印问题都可以通过防焊前处理水平微蚀后得以解决，因此不排除金面花斑问题是由于沉金线微蚀缸微蚀效果不理想，清除不了板面水迹印而导致的。如问题板，用50倍放大镜可以看到花斑的地方较其他地方的金面粗糙，从而出现花斑色差。究其原因是铜面微蚀效果差造成的。而影响铜面微蚀不均匀的主要因素是沉金线的微蚀缸微蚀量偏低。

检查化验室的沉金线药水分析纪录，发现以上各次出现金面花斑问题时均是沉金线刚更换了微蚀缸药水后因铜离子偏低（＜5 g/L）微蚀量不足情况下生产的板。因此，沉金线微蚀量控制不合理也是导致金面花斑的因素之一。

为了证实沉金线微蚀量不足导致沉金后金面花斑问题，作以下试验：

（1）1月8日生产板在1#沉金线生产时由于发现金面花斑问题而暂时停产，经检查化验室分析纪录，1#沉金线微蚀缸刚换槽，Cu2+含量为零。1月9日早班，分析1#沉金线微蚀缸药水浓度，测定微蚀量，使所有参数均在控制范围：

NPS：106.1 g/L（90 g/L ～ 130 g/L）

H2SO4：38.9 ml/L （205 ml/L ～ 45 ml/L）

Cu2+：8.13 g/L（＜15 g/L）

微蚀量：1.2 μm/min （1.2 ml/min ～ 2.0 ml/min）；

用20块生产板做试板，考察在保证沉金线微蚀量足够情况下沉金后生产板的情况。

（2）1月8日晚班及1月9日早班分别在2#沉金线试验采用不同微蚀缸铜离子含量（1月8日晚班Cu2+含量为3g/L，1月9日早班Cu2+含量为5.31 g/L）对问题板金面花斑问题的影响。以同样有水迹印引起的花斑问题的板作测试。

4 试验结果

（1）板面水迹印问题产生的原因及对金面花斑问题的影响试验结果

①增加防焊显影机烘干温度、更换水洗水试验结果

在加强烘干效果前防焊显影板板面100%有水迹印，但加强后问题率减少到70%左右，且水迹印轻微很多。因此，可以判定加强干板效果和水洗效果有利于减少显影水迹印问题。

②在显影槽出口段加上挡水滚轮，在水洗槽出口加上吸水海棉轮对改善显影水迹印试验结果。试板40块，显影后检查100%有水迹印，但较以前水迹印问题稍有减轻。

（2）沉金线微蚀缸微蚀量对金面花斑问题的影响试验结果

①1#沉金线试板结果

试板20块，在沉金线微蚀缸Cu2+8.13 g/L，微蚀量1.2 μm/min的条件下进行沉金，IPQC检查全部OK。

②2#沉金线试板结果（表1）

从以上试验结果可以看出，沉金线微蚀缸微蚀效果对金面花斑问题有着重要的影响。

5 原因分析

5.1 防焊显影水迹印产生的原因

分析水迹印产生原因，主要受防焊显影机现时条件所影响。主要有以下几点：

（1）近一段时间为减少显影机的阻焊反粘问题，防焊显影段后的挡水辊及水洗后的海绵辘拆去。而挡水辊的拆去使显影药水带出较严重，污染水洗槽，降低了水洗能力。

（2）吸水海棉辊的拆去，增加了板面带进烘干段的水量，增加烘干段的负担，减低烘干效果。

5.2 沉金线微蚀缸微蚀量的控制

现时我公司1#﹑2#沉金线均是使用NPS-H2SO4型微蚀液。NPS（Na2S2O8）是一种咬蚀比较稳定的微蚀剂，在H2SO4的配合下对铜的表面进行轻微蚀刻，能确保完全清除铜箔表面的氧化物，同时可以细化铜表面晶体结构，增加铜面表面积，利于后面镍的沉积，同时可以降低沉金后金面的粗糙情况。

微蚀过程的化学反应机理：

微蚀量的影响因素除受处理时间﹑温度﹑NPS及H2SO4的浓度以外，主要还受药液中铜离子含量的影响。微蚀过程的化学反应如下所示：

上述反应方程式中式（2）属于相向进行的歧化反应。以上二式相互配合，是整个的蚀铜反应。微蚀的整个过程可以分为以下三个阶段：

5.2.1 反应起始和加速阶段

反应起始阶段主要发生（1）的反应，由于此时Cu2+含量较低，蚀铜速率较慢，微蚀量达不到要求。当反应（1）发生后，随着溶液中铜离子浓度的不断上升，反应（2）开始发生，反应进入加速阶段。并且随着溶液中铜离子的增加，歧化反应（2）正向方向的反应也在慢慢加大，两反应相互配合，共同进行蚀铜。一般反应起始和加速阶段可延续到Cu2+含量在5 g/L左右范围内。但此时微蚀量仍然达不到要求。

5.2.2 反应平稳阶段（最佳蚀刻阶段）

当反应加速到一定程度（Cu2+＞5 g/L左右），铜离子浓度的增加开始抑制式（1）的加速，反应速度趋于平衡﹔而歧化式（2）由于是相向的，正向反应与反向反应趋于平衡，整体反应速度也趋于平稳，微蚀量也趋于平稳。在此阶段是最佳微蚀阶段，最有利于生产，一般可延续到铜离子含量在15 g/L ～ 20 g/L（也有25 g/L以上）左右的上限范围。产。通常情况下在开缸配槽时，可通过计算保留一定量旧液或直接加入硫酸铜，保持铜离子含量在5 g/L左右。图中，a﹑b两点间是最佳铜离子含量范围，此时的微蚀量足够，且变化平稳，对生产极其有利。但是a﹑b两个点是不定的，受多方因素影响，但一般a点在5 g/L左右，而b点则范围较大，多在15 g/L ～ 20 g/L之间，也有在20 g/L以上，视不同的条件而定。

6 结论

上述试验结果表明，金面花斑问题主要是由于以下两个方面共同造成：

（1）防焊显影问题是导致板面水迹印产生的主要因素。

（2）沉金线微蚀缸微蚀量控制不合理（主要是铜离子含量），针对铜面有水迹印的板微蚀处理不均匀，不能有效清除板面水迹印和细化铜面晶体结构，最后导致金面花斑问题的产生。

（3）通过改善防焊显影机的烘干及水洗效果，减少板面水迹印，同时控制好沉金线微蚀缸铜离子含量，保证生产时有足够的微蚀量，可以有效解决金面花斑问题。

通过合理管控防焊显影水洗以及沉金微微蚀量，沉金后金面花斑问题可得到有效改善。本文难免有不足或谬误之处，望同行给予批评指正，为行业发展共同努力。

5.2.3 反应减速阶段

当Cu2+含量继续上升到平稳阶段的上限时，式（2）正反方向反应仍处于平衡阶段，但式（1）速度开始下降。随着Cu2+含量的继续上升，反应速度下降加快，微蚀量也迅速下降，并趋于零。

微蚀量与铜离子的关系如下“微蚀量——Cu2+含量曲线图”所示（图2）。

从图2中可以看出，当铜离子浓度偏低时（起始和加速阶段），微蚀量偏低，且极不稳定，不利于生

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