沉铜工艺培训教材

沉铜工艺培训教材沉铜工艺培训教材 欧伟标 1 沉铜流程简介沉铜流程简介 通过化学方法对已钻孔的孔壁进行清洁除污 又称凹蚀 前处理 后通过活化催化原理使孔壁非导电材料积沉上厚度约 10 微英寸的金属 铜 它的作用是使孔导通 然后通过后续电镀工序使孔壁铜层增厚 磨板 上板 溶胀 二级水洗 凹蚀 三级水洗 还原 P 二级水洗 除油 I 除油 II 三级水洗 微蚀 二级水洗 预浸 活化 二级水洗 还原 WA 纯水洗 化学沉铜 三级水洗 卸 板 清洗烘干 红色方括号内为多层板必须走的去钻污流程 新沉铜平板一体线没有 凹蚀段 在该线生产的多层板需先走水平凹蚀线 任何板件都不允许 走两次凹蚀 若板件在凹蚀缸时设备发生故障 需待板件凹蚀时间够 了之后再人工把挂蓝抬出来 返工时就不必再走一次凹蚀 设备故障 时板件也不应在各药缸停留时间过长 按以下时间控制 停机时间必须马上吊出超过 10 分钟超过 15 分钟超过 25 分钟 应吊出药 缸名称 微蚀缸1 溶胀缸 2 凹蚀缸 3 还原 P 缸 除沉铜缸外所 有缸 1 沉铜缸 2 沉铜缸开打气 在正常条件下 水平凹蚀线的凹蚀量和芯吸量都要比垂直凹蚀线 小 但凹蚀效果来看 水平凹蚀线的凹蚀效果比较好 有锣槽孔的板 件都指定在水平凹蚀线生产 2 流程的作用及原理 流程的作用及原理 2 1 磨板 板件进入沉铜之前要在去毛刺磨板机磨板 磨板的作用 1 磨去 钻孔产生的披锋 防止披锋在后续的图形转移过程中划伤贴膜机压辊 和刺破干膜造成遮孔蚀不静 2 磨去覆铜板铜箔表面的抗氧化层 并粗 化铜箔表面 增加后续铜层与基铜的结合力 3 除去孔内可能存在的铜 丝 板粉等杂物 去毛刺机前两支不织布刷 240 后两支针刷 320 蚀刻后的板件板件如果出现铜粒 轻微镀层不良 氧化等也会在去毛 刺机磨板 但此类板件不能开不织布刷 磨刷类型磨板对象 1 2 级3 4 级 压力 div 速度 m min 高压水洗 bar 烘箱温度 t 沉铜前去毛刺 240 320 0 92 8 3 0 25 70 平板后磨板 240 320 0 4 0 63 2 3 5 25 70 蚀刻后磨板关 320 0 2 0 43 2 3 5 25 70 如果试磨后板件出现披峰 则可在上述范围内降低速度 增大压力 或横向纵向各磨一遍重新取板试磨 如果试磨后出现铜丝或既出现铜 丝又出现披峰 则以小 压力 0 4div 快速 3 0m min 横向 纵向各磨 一遍 重新试磨 要注意控制好不织布刷的压力 尤其是蚀刻后板件 压力过大很容易出现孔口铜被磨去 而沉铜前板件则容易形成椭圆孔 型 对 0 25mm 小孔容易出现不织布刷掉的纤维丝塞孔 这类板件的 做法是不开不织布刷 把针刷压力调 3 4 5V 速度放慢到小于 不织布刷针刷 不织布刷 针刷 不锈钢辊 自来水喷嘴 2 8m min 试做确认正常后使用 陶瓷板 板厚少于 0 5mm 的板件易 在高压水洗段被水压打前造成塞板 折断等 因此可以不开高压水洗 2 2 去钻污流程作用 钻孔时会产生瞬时高温 而环氧玻璃基材为不良热导体 在钻孔 时热量高度积累 孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度 结果造成 环氧树脂沿孔壁表面流动 产生一层溥的环氧树脂油污 Epoxy Smear 假如没去掉 将影响沉铜 电铜层与内层铜面的连接 因此 所有 的多层板均要经过凹蚀 也称除胶渣 Desmear 处理除掉孔壁的钻污 凹蚀作用是 除去孔内残胶 保证内层与外层线路导通 提供蜂窝状 树脂表面结构 增加孔铜结合力 2 2 1 去钻污流程原理 利用溶胀剂 Sweller 的作用 把孔壁树脂膨胀疏松起来 然后在后面的 凹蚀处理中利用高锰酸钾的强氧化性 把孔壁上的钻污氧化掉而生成可 溶性的碳酸盐 在碱性条件下 同时也可使孔壁微观粗糙化 氧化产物 锰酸根通过再生器再生为高锰酸根 锰酸根在碱性介质中也发生以下 副反应 MnO4 2 2H2O 2e MnO2 4OH 所以经过凹蚀后 的孔壁上残留大量的高价锰 7 6 4 还原 P500 的作用就是把这 些高价锰还原成可溶性二价锰 从而除去 同时对玻璃纤维有调整作 用 使其易于沉铜 溶胀缸主要控制的是 溶胀 P NaOH 浓度 温度 还要有良好的 循环 溶胀 P 浓度过低不能充分蓬松孔壁 浓度过高 不但浪费药水 还引起后水洗水洗不净 带来药水交叉污染 NaOH 浓度过高会使溶 胀 P 与水分层 缩短药水寿命 循环不足也可导致溶液分层 凹蚀缸主要控制的是 MnO4 MnO42 和 NaOH 浓度 温度 再 生电流 凹蚀时间 MnO4 和 NaOH 浓度 温度过高 凹蚀时间过长 都会导致凹蚀过度 引起孔壁粗糙度过大 玻纤间藏药水 耐 CAF 性 能差 严重时可引起内部短路 过低时又会凹蚀不足 引起开路或热 冲击后孔壁与内层裂开 MnO4 C 树脂 4OH 4MnO42 CO2 2H2O 其附反应 MnO42 H2O MnO2 2OH 1 2O2 电解再生 MnO42 e MnO4 MnO42 浓度过高会造成 MnO4 的氧化能力下降 同时会缩短还原 P 缸 的使用寿命 MnO42 浓度应低于 30g L 凹蚀缸的再生电流能把 MnO42 转变回 MnO4 但凹蚀缸的 MnO42 浓度随着药水的使用 仍然 回缓慢上升 如果突然上升 则应该检查再生器和再生电流整流机 凹蚀缸一般半年就要换缸 在使用过程中 2 3 个月应该洗缸一次 孔壁凹蚀前后比较 凹蚀后孔壁照片 凹蚀过度 凹蚀不足 2 3 整孔及活化作用机理 除油剂 Cleaner 作用是消除铜面的手迹 油迹等 另含调整 剂对孔壁进行调整 整孔机理 活化机理 2 4 微蚀 微蚀 Micro Etch 除去铜面氧化物和大约 1 微米的铜层 粗化铜面 增强基铜与新镀铜层之间的结合力 微蚀前铜面状况 微蚀后铜面状况 微蚀后铜面状况放大 2 5 预浸 预浸能够润湿孔壁 降低表面张力 使孔壁较易吸附活化剂 减 少活化缸污染带入 除去铜面氧化物 预浸对沉铜泪痕现象的控制影 响很大 当出现泪痕时 应分析硫酸的含量并提高到 0 5 0 6 如果 没有改善 应把预浸缸换缸 并更换预浸前和活化后的水洗缸 检查 活化的循环泵棉芯 如果太脏就应该换掉 若这些做了后泪痕现象都 没有改善 则应该把活化缸升温处理 55 4 小时 同时清洁更换所有 水洗缸 如果升温后还是没有改善 就只有洗活化缸了 2 6 活化 使孔壁均匀吸附上一层 Pd2 离子 活化缸里氢氧化钠浓度过 高或过低 Pb2 浓度过高 活化缸温度过高都会引起 Pb 的沉淀 而 Pb2 浓度过低 活化缸温度不足 则会引起背光不足 2 7 还原 WA 把吸附在孔壁上的 Pd2 还原成具有催化作用的 Pd 原子 还 原 WA 正常的反应状态是有一层细密的小气泡在液面 如果没有气泡 说明还原 WA 已经失效 失效的原因有可能是循环泵漏气 或者在高 温下存放时间较久 或者是药罐开封后使用时间过长或开封后盖子没 有密封好 还原 WA 缸一般每 2 周用硫酸双氧水洗缸一次 2 8 沉铜 经过前面的处理 孔壁上吸附了具有催化作用的 Pb 原子 在沉 铜缸里 以 Pb 原子为中心 发生以下反应 使孔壁上沉上一层铜 Cu2 2 HCHO 4OH Cu 2 HCOO 2 H2O H2 1 化学镀铜液为强碱性 甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程 度 即溶液的 PH 值 PH 值 9 沉铜反应就不会进行 因此长时间放 假前要把沉铜缸 PH 值调低 C 线大约用 50 硫酸 7L 老 B 线大约 10L 新沉铜平板一体线大约 30L 调整后应循环 30min 再测 PH 值 再视情况进行调整 2 在强碱条件下 要保证 Cu2 离子不形成 Cu OH 2 沉淀 必须加入 足够的 Cu2 离子结合剂 3 从反应可以看出 每沉积 1M 的铜要消耗 2M 甲醛 4M 氢氧化钠 要保持化学镀铜速率恒定 和化学镀铜层的质量 必须及时补加相应 的消耗部分 4 只有在催化剂 Pd 或 Cu 存在的条件下才能沉积出金属铜 新沉 积出的铜本身就是一种催化剂 所以在活化处理过的表面 一旦发生 化学镀铜反应 此反应可以继续在新生的铜面上继续进行 利用这一 特性可以沉积出任意厚度的铜 制造印制板的关键就在于此 5 随着甲醛在镀液中含量的增加甲醛的还原电位升高 当甲醛的浓度 高于 18ml l 时还原电位上升开始缓慢 当甲醛浓度低于 10ml l 或高于 20ml l 时化学镀铜速率降低 同时副反应加剧 在实际应用中 甲醛 的浓度控制在 12 5 16 5 ml l 为宜 加有甲醛的化学镀铜液 不管使用与否 总是存在以下 3 个副反 应 由于副反应的存在使化学镀铜液产生自然分解 2Cu2 HCHO 5OH Cu20 HCOO 3 H2O Cu20 H20 2 Cu 20H 2 Cu Cu Cu 2 上面所形成的铜 是分子量级的铜粉 分散在溶液中 这些小的铜颗 粒都具有催化性 在这些小颗粒表面上便开始了沉铜反应式所描述的 化学镀铜反应 如果溶液中存在着很多这样的铜颗粒 整个化学镀铜 溶液会产生沸腾式的化学镀铜反应 导致溶液迅速分解 这就是我们 常说的 反缸 现象 甲醛的含量不足 小于 3ml l 时 会加速 Cu20 的形成反应 促使化学镀铜液快速分解 沉铜液中一旦加入甲醛 另一个副反应 Cannizzaro 反应也开始了 不管化学镀铜液处于使用状态 还是静止状态 这一反应一直在进行 着 不断消耗甲醛 2HCHO OH CH3OH HCOO 2 9 背光测试方法 3 工艺维护 工艺维护 3 1 沉铜缸主要控制 Cu2 NaOH HCHO 这三个组分的浓度 三个组分都是通过铜离子控制器探测的铜离子浓度来控制的 所以三 个组分的自动添加泵流量的配比要合适 目前 Cu2 NaOH HCHO 的流量设定的比例为 3 2 1 如果某一组分长时间偏低或偏 高 其他组分正常的话 就要检查自动添加泵的流量 如果自动添加 泵流量没有问题 则有可能自动添加泵漏气 加药管内有气泡 另外 由于目前使用的自动添加泵质量上的原因 一厂使用的该类自动添加 泵使用一定年限之后都有这样的问题 自动添加槽的液位对自动添加 的流量也有影响 高液位与低液位时流量可偏差 10 有可能是设定 流量时的这种偏差导致某一组分长时间偏低或偏高 排除以上可能之 后 如果问题还是存在 就要要考虑是否反应出现了问题 尤其是铜 离子浓度长期偏低的话 则有可能是沉铜缸的自催化反应太严重 缸 壁上铜 这时就要做倒缸处理 倒缸后还应补加 4L 沉铜开缸剂来抑制 铜粉的继续生成 否则容易出现 反缸 现象 使沉铜缸报废 3 2 沉铜缸的使用寿命 由于在使用过程中不可避免的会带入其他 离子杂质和有机物杂质 这些杂质会对缸液起毒害作用 降低沉铜缸 的反应活性 导致背光不稳定 按照我们多年的经验 沉铜缸的使用 寿命约为 1 年到 1 年半 使用寿命到了之后 明显的症状就是在其他 条件都正常的条件下背光反复不稳定 且当背光不足出现后重新拖缸 背光又会好起来 沉铜缸寿命的另一个明显标志就是比重接近 1 09 1 10 这时也应该考虑换缸 3 3 沉铜缸对反应温度十分敏感 有时候即使只有 0 5 的差别都 有可能产生很大的差异 所以要根据生产线特性 严格控制好温度 3 4 循环的好坏对质量影响也很大 如果循环不均匀 会造成前一 挂板 OK 后一挂不行 或者半块板 OK 半块板不行的情况 所以要 定期把循环管拆出来清理 约 6 个月 循环量的大小对背光也有影响 循环量太小则药水交换不良 背光不足 循环量太大 沉积铜层被药 水冲走 沉积不良 背光不足 正常的循环量应该是 4 8 个循环 小时 C 线的沉铜缸循环泵的流量很大 如果出水阀门全开的话 循环量为 10 所以出水阀只能半开 平时要不时检查阀门 3 5 整个沉铜线对清洗水要求十分严格 如果水洗不干净 造成药 水交叉污染 背光不稳定 3 6 沉铜线的震荡对沉铜的质量影响最大 在震荡器故障时 板厚 孔径比 AR 值 5 0 的板件孔无铜 率会很高 因此发现震荡器故障时要对 AR 值 5 0 的受影响板件进行 返工 返工方法按照背光 7 级的板件返工即可 震荡器在冬春交季空 气由干燥转变为潮湿时出现故障的几率最大 这段时间一定要加强震 荡器的检查工作 每周保养时用震荡仪测震荡器的状态 震动方式 震荡器的安装方式 震动频率的不同 震荡的效果也不一致 C 线原 来的震动方式为震 40s 停 20s 震动时间太长不利于铜的沉积 影响背 光稳定 后改为震 30s 停 30s 从老 B 线沉铜的改进试验情况来看 水 平安装的赶气效果要比垂直安装的效果要好 C 线现在的安装方式是 垂直安装 目前能够稳定生产的临界点是 AR 值7 0 时经 常出现气泡型沉铜不良孔无铜 因此改变震荡器的安装方式是以后改 进的方向之一 3 7 沉铜线的吊车运行状态对孔无铜的影响也很大 吊车经常停 位不准 砸缸 吊车相撞时 由于故障容易排除 持续时间不长 目 前还无法确定这些故障影响沉铜过程的哪一步 但这些故障会明显提 高孔无铜率 这个已经被事实所证明 3 8 铜离子控制器工作原理 铜离子控制器由探头和控制器两部分组成 他的工作原理为分光 光度法 通过探头上的透光玻璃管探测溶液的透光率对应铜离子浓度 来达到控制铜离子浓度的目的 透光玻璃管十分脆弱 在使用过程中 要轻拿轻放 当出现经常性探测不准时 有可能是透明玻璃管老化所 致 这时就要更换探头 铜离子控制器设定值为 2 0 偏差 5 当 浓度低于 1 95 时自动添加就会开启 当加到 2 05 时自动添加就会停止 3 9 孔无铜 3 10 背光稳定性控制 操作 序号可能存在的不当情况可能存在的不当情况实施对策责任人 1拖缸板使用不当 1 规定每月固定更换拖缸板 2 必须蚀净铜皮方可拖缸 3 规定使用数量 老 B C 5 6PNL 挂 新线挂满 生产 2停机操作不当 1 重新规定老 B C 线停机 h 以 上 新线停机 0 5h 以上要求拖 缸处理 2 停机 h 以上必须对沉铜缸药水 化学分析确认 OK 方可生产 生产 3异常板件未隔离隔离处理并要求如实记录生产 加药 换缸 换棉芯问题 1 加药杯专用 避免相互污染 尤其注意活化与还原 WA 不能 混用 2 一定要求按规定要求按时 按 量加药 3 正常生产更换 WA 缸需先放空 挂 4 认真落实定期更换棉芯 生产 NaOH 补加液浓度异常 配制 NaOH 后 等药液完全溶解 均匀一定要送样化学分析 确认 浓度正常 并做可视化 生产 重要工艺参数点检不到位 加强对重要参数如温度 振荡 液位的点检 生产 7液位补加不当少加 勤加生产 8 C 线做厚板转薄板时液位 控制不好 厚板转薄板时注意观察液位变化 如有异常及时处理 生产 9 使用 WA 药液开包装后密 封不好 加药后必须拧紧桶盖生产 工艺方法 序号可能存在的不当情况可能存在的不当情况实施对策责任人 1药水浓度维护 1 沉铜缸药水浓度稳定控制 定 期检测并关注沉铜缸药水比重 情况 注意药水使用时间 2 部分其他槽液更换频率跟进 工艺 2工艺条件不当 主要加强对各种工艺参数控制与 点检 沉铜缸温度范围可以控制 窄点 28 32 工艺 3 保养后起线生产稳定剂加 入不当 反应活性不足 保养后起线生产稳定剂加入量可 根据生产情况暂停或减半加入 工艺 稳定剂加入未规范或不合 理 1 不同生产线稳定剂加入量重新规 定 B C1 5L 稳定剂 桶 添加 剂 2 在网添加槽补加添加剂时先加稳 定剂后加添加剂 因为稳定剂的 比重较小添加后必须搅拌均匀 工艺 WA 缸洗缸规范化 1 清洗方法 5 硫酸 5 双氧水浸 洗后再用 DI 水洗两遍 2 清洁频率可提高到每周 次 工艺 WA 缸 pH 值控制不当 已重新确定硼酸的加药量 并监 督实际加药情况 工艺 7更换新棉芯必须清洁干净 对新员工进行培训 确保使用清 洁棉芯 工艺 设备 序号可能存在的不当情况可能存在的不当情况实施对策责任人 1温控异常 温度显示值与实测值相差 2 时 必须通知设备人员校正 生产 设备 2振荡效果每月检测振荡效果工艺 3夹具不良导致叠板更换不良夹具设备 设备故障 主要是吊车 整 流机等 及时维修 受影响板件隔离处理 设备 生产 循环 排水不畅及时处理或报修 设备 生产 压缩空气有赃物定期清洁 更换滤芯设备 2 铜粒 铜皮等塞孔的控制 序号可能存在的不当情况实施对策责任人 1新 PTH 蚀夹具不尽及时补加硝酸生产 2沉铜缸过滤袋破损定期检查 发现破损及时更换生产 3 沉铜缸药水或温度失控 反应过激烈 及时调整至正常范围 工艺 生 产 设备 4 沉铜线水洗 药水缸铜皮 较多 保养时更换水洗 并彻底清洁 保证不会有铜皮或赃物 生产 5使用了已起毛的拖缸板坚决杜绝使用已起毛的拖缸板生产 6去毛刺超声波故障 加强点检 发现故障及时做相应 控制 处理 工艺 生 产 设备 7 去毛刺后高压水洗故障或 压力不够 加强点检 及时调整 工艺 生 产 设备 8 水平凹蚀线凹蚀后水洗不 良 保养时增加手动清洗 确保清洗 效果 平时加强点检 发现异常 及时清理 工艺 生产 9 沉铜来料有异物塞孔或钻 不透断钻嘴等 加强来料检查 发现问题及时处 理 提高钻孔质量 生产 品质 10电镀缸有铜粉 规范拖缸操作 B 新线已施行 与边 条的使用 定期检查并更换阳极 袋 清洗阳极和铜缸 工艺 生产 4 三条沉铜线的软硬件配置 项目新沉铜平板一体线B 线沉铜C 线沉铜评述 理论产能 m2 500 秒 缸 16500540 秒 缸 13000460 秒 缸 19000 实际产能 m2 16299 2512077 517409 76 产能 利用率98 78 92 90 91 63 利用率越高 消耗量 及成本均会降低 负载量 每缸最大负载量 dm2 L 0 235dm2 L0 9 dm2 L0 77dm2 L 新沉铜平板一体线 B 线反应活性较大 因此 做大树脂面沉铜时镀铜 层会起泡 化铜缸 L 2200860750 凹蚀缸 L 1150680 槽体体积 L 其它药水缸 L 除油 2070L 预浸 1670L 其它缸 1710L 360275 化铜缸循环量 L min 目视 无法准确量测目视 无法准确量测目视 无法准确量测 活化缸循环量 L min 目视 无法准确量测目视 无法准确量测目视 无法准确量测 循环系统 WA 缸循环量 L min 目视 无法准确量测目视 无法准确量测目视 无法准确量测 待实际测量 摆幅 mm 45mm22mm25mm B 线不能做厚径比 5 7 的板件 摇摆系统 摇摆频率6 次 分钟16 次 分钟12 次 分钟 再生电流 A 745235170A 170A 再生系统 再生器数量8 个 直径 10cm 长度 50cm 2 个 直径 15cm 长度 75cm 3 个 直径 15cm 长度 75cm 打气的均匀性均匀均匀均匀 打气系统 打气量适中适中适中 流量测量 添加剂 HC 192ml min 还原铜 HCHO 65ml min NaOH 270g l 100ml min 添加剂 HC 162ml min 还原铜 HCHO 63ml min NaOH 270g l 105ml min 添加剂 HC 230ml mi