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李江海 強(qiáng)婭莉
(陜西寶雞市凌云萬(wàn)正電路板有限公司，陜西721006)
摘要：隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，高密度集成電路和BGA封裝器件也廣泛用于軍用電子產(chǎn)品，新的器件和焊接工藝對(duì)印制電路板的表面可焊涂覆層提出了新的要求，其不但要求涂覆層有良好的可焊性，而且要求涂覆層平整，印制板電鍍鎳/金涂層不但表面平整，可焊性好而且具有較好的三防性能和較長(zhǎng)的存放期，因此，電鍍鎳 /金印制板正逐漸被應(yīng)用于高密度的軍用電子產(chǎn)品，本文就印制板電鍍鎳/金過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討和交流。
關(guān)鍵詞：電鍍鎳/金印制板;板面氧化;鍍液的維護(hù);脈沖整流器
中圖分類(lèi)號(hào)：TN41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-0096(2011)11-0049-03
隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，高密度集成電路和BGA封裝器件也廣泛用于軍用電子產(chǎn)品，新的器件和焊接工藝對(duì)印制電路板的表面可焊涂覆層提出了新的要求，其不但要求涂覆層有良好的可焊性，而且要求涂覆層平整。而傳流的熱風(fēng)整平(HASL)工藝，加工的印制板表面涂層凹凸不平，越來(lái)越不適合新的表面貼裝工藝(SMT)。近年來(lái)，印制板行業(yè)研制開(kāi)發(fā)了多種新型工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的HASL工藝，以取得平整、可焊的表面涂覆層。目前普通采用的有：(1)電鍍鎳/金;(2)化學(xué)鍍鎳/金;(3)有機(jī)焊接保護(hù)劑(OSP);(4)置換鍍錫;(5)化學(xué)浸銀。我公司地處西部地區(qū)，由于軍用客戶(hù)對(duì)存放時(shí)間，焊接性能和三防性能有特殊要求，所以大部分軍品客戶(hù)更趨向于電鍍鎳/金工藝。
1·鍍金印制板生產(chǎn)過(guò)程存在的問(wèn)題
針對(duì)軍品客戶(hù)提出印制板表面涂層為電鍍鎳/金的涂層的要求，公司對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行修改，按電鍍鎳/金的工藝要求進(jìn)行加工，但在近兩個(gè)月的生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝存在較大的質(zhì)量問(wèn)題，兩個(gè)月共生產(chǎn)電鍍鎳/金印制板275 m2，報(bào)廢面積為50.433 m2，報(bào)廢率為18.3%，其中對(duì)大銅層較多的印制板加工報(bào)廢率高達(dá)30%以上，不但增加了生產(chǎn)成本，而且嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的交貨期。為了提高電鍍鎳/金印制板的合格率，公司成立了質(zhì)量改進(jìn)小組，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，降低電鍍鎳/金印制板的不良率。
2·原因分析
2.1不良品的現(xiàn)狀
我們對(duì)電鍍鎳/金印制板的不良品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，不良品的主要特征如下表。
3.2原因分析
3.2.1鍍鎳金層不良
鍍鎳/金層不良主要表現(xiàn)在鍍層顏色不一致;鍍金接合力不強(qiáng)，在后工序加工過(guò)程中出現(xiàn)掉金露出電鍍鎳層的質(zhì)量問(wèn)題;表面粗糙等方面，特別是絲印阻焊烘烤后，阻焊底層的鍍層出現(xiàn)嚴(yán)重氧化的征狀，經(jīng)仔細(xì)分析，主要有以下原因：
(1)圖形轉(zhuǎn)移工序周轉(zhuǎn)過(guò)程的印制板導(dǎo)電圖形有嚴(yán)重的氧化。圖形轉(zhuǎn)移工序的板子在顯影、檢驗(yàn)、周轉(zhuǎn)過(guò)程中，操作不當(dāng)，污染表面圖形;圖形電鍍板在電鍍工序放置過(guò)程中，由于操作者不注意，將水或溶液濺在板面，導(dǎo)致表面銅層氧化。
(2)圖形電鍍銅過(guò)程中板面光澤度不良，從而影響后序工序的電鍍鎳層的光亮度。圖形電鍍銅操作過(guò)程中，由于鍍銅光亮劑添加不及時(shí)或電流密度過(guò)大導(dǎo)致圖形電鍍銅層質(zhì)量欠佳，出現(xiàn)表面粗糙，光澤度不良的現(xiàn)象，此類(lèi)情況對(duì)于采用HASL工藝的印制板影響不大，因?yàn)榻z印阻焊前磨板工序會(huì)大大減輕此類(lèi)問(wèn)題的質(zhì)量損失，而電鍍鎳/金板則不同，鍍銅層的瑕疵將直接影響電鎳層的質(zhì)量，從而進(jìn)一步影響鍍金層的質(zhì)量。
(3)板子在在鍍鎳前放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，板面嚴(yán)重氧化，影響了鍍鎳層的質(zhì)量。由于圖形電鍍銅生產(chǎn)線產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電鍍鎳生產(chǎn)的產(chǎn)能，電鍍銅后的板子不能及時(shí)進(jìn)行電鍍鎳/金工序的加工，鍍銅后的板子在鍍鎳前放置時(shí)間較長(zhǎng)，而電鍍銅的板子從鍍槽從取出后直接放置在專(zhuān)用插架上，在長(zhǎng)時(shí)間放置過(guò)程中板面上的水質(zhì)導(dǎo)致板面銅層的嚴(yán)重氧化，從而影響了鍍鎳層的質(zhì)量。
(4)電鍍鎳槽的有機(jī)物污染和金屬雜質(zhì)導(dǎo)致電鍍鎳層發(fā)霧、不光亮。電鍍鎳槽溶液的有機(jī)污染來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，一方面由于電鍍鎳/金板產(chǎn)量較少，每次開(kāi)線工作時(shí)，間隔時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，溶液在放置過(guò)程中部分有機(jī)物分解，產(chǎn)生有機(jī)污染，另一方面是電鍍過(guò)程中產(chǎn)生的濕膜污染，以上兩類(lèi)有機(jī)物污染導(dǎo)致鍍鎳層出現(xiàn)發(fā)霧、針孔等不良現(xiàn)象。
鍍鎳槽的金屬離子污染主要來(lái)源于銅離子，前道工序清洗不干凈和印制板下槽時(shí)未開(kāi)電流，都會(huì)導(dǎo)致溶液中Cu2+增加過(guò)快，而溶液中銅離子累積到一定量時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致鍍鎳層不光亮，影響印制板的外觀和可焊性能。
(5)氯基磺酸鎳體系的光亮鍍鎳添加劑相對(duì)比較復(fù)雜，其包括鍍鎳柔軟劑、輔助劑、光亮劑和潤(rùn)濕劑，其操作過(guò)程中補(bǔ)加量也相差較大。如我公司目前使用的中南所 CS-28系列添加劑，其有4種添加劑，CS-28-A為柔軟劑，補(bǔ)加量為200 ml/kA·h~500 ml/kA·h，CS-28-B為輔助劑，補(bǔ)加量為100 ml/kA·h~200 ml/kA·h，CS-28-C為光亮劑，補(bǔ)加量為10 ml/kA·h~100 ml/kA·h，CS-28- E為潤(rùn)濕劑，補(bǔ)加量10 ml/kA·h~50 ml/kA·h，四種添加劑補(bǔ)加比例差異較大，特別是CS-28-E，補(bǔ)加量?jī)H為10 ml /kA·h~50 ml/kA·h，操作者往往忽視了對(duì)其的補(bǔ)加，而濕潤(rùn)劑的累積減少，使鍍液表面張力增大，從而導(dǎo)致鍍鎳層的出現(xiàn)針孔和麻點(diǎn)，達(dá)不到光亮均勻的目的。
(6)電鍍鎳/金工序用的清洗水為自來(lái)水，雜質(zhì)含量過(guò)大，水洗過(guò)程導(dǎo)致板面鍍層氧化。電鍍鎳/金工序清洗水的質(zhì)量對(duì)鍍層質(zhì)量有較大的影響，特別是電鍍鎳、電鍍金的清洗水。公司用的清洗水為自來(lái)水，雜質(zhì)含量過(guò)大，易導(dǎo)致板面氧化，特別是電鍍鎳后的水清洗，導(dǎo)致鎳層氧化，從而影響鍍金層的外觀和粘合力。
(7)電鍍鎳/金板在后工序加工過(guò)程中出現(xiàn)掉金導(dǎo)致印制板報(bào)廢。電鍍鎳/金印制板在后工序加工過(guò)程中，出現(xiàn)掉金的問(wèn)題主要表現(xiàn)在電鍍后的蝕刻工序和絲印阻焊不良品的返工過(guò)程，蝕刻過(guò)程出現(xiàn)掉金和腐蝕鎳層的主要原因是堿性蝕刻液的PH值偏低，一般印制板生產(chǎn)過(guò)程中堿性蝕刻液的PH值控制在8.0-8.8范圍內(nèi)，而鍍鎳/金印制板蝕刻的PH值最好控制在偏高的范圍內(nèi)。絲印阻焊不良品的返工過(guò)程中出現(xiàn)掉金主要原因是返工過(guò)程在高溫氫氧化鈉退膜液中浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和反復(fù)清洗所導(dǎo)致。
(8)鍍金使用的整流器效果差。原鍍金使用的是一臺(tái)精度不高的普通電鍍用整流器，而鍍金電流密度本身要求比較小，以上原因?qū)е码娏鞑荒芫_控制，從而影響了電鍍金層的質(zhì)量。
3.2.2板面有手污點(diǎn)、手指印。
電鍍操作者手套老化，零件在周轉(zhuǎn)、加工過(guò)程中拿板方式不正確，污染表面鍍層。
3.2.3線條缺陷
線條缺陷是圖形轉(zhuǎn)移過(guò)程操作不規(guī)范所導(dǎo)致，其也是印制板生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，因其所占比例不大，本次工藝改進(jìn)不進(jìn)行重點(diǎn)討論改進(jìn)。
4·改進(jìn)措施
(1)電鍍工序?qū)D形轉(zhuǎn)移工序周轉(zhuǎn)過(guò)的電鍍鎳/金板進(jìn)行自檢，如發(fā)現(xiàn)板面有嚴(yán)重氧化和手指印的板子，轉(zhuǎn)上工序重工，同時(shí)電鍍工序應(yīng)杜絕印制板在本工序受到板面污染。
(2)圖形電鍍銅電流密度采用工藝要求的下限值，即1.8A/dm2，保證鍍銅層的光亮鍍，杜絕燒板、鍍銅層不細(xì)致的質(zhì)量問(wèn)題。
(3)圖形電鍍銅后的板子，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行電鍍鎳/金工序的加工，如后工序來(lái)不及加工，應(yīng)用烘干機(jī)清洗并烘干待加工的板子，以防止板面氧化。
(4)通過(guò)以下方法減少和清除電鍍鎳槽內(nèi)的污染。
①每次電鍍鎳前，使用拖缸板電解2 h~4 h，除去槽內(nèi)金屬雜質(zhì)污染。
②圖形電鍍的印制板在電鍍前在120℃烘烤15 min，減少濕膜層對(duì)鍍槽的污染。
③定期對(duì)鎳槽溶液進(jìn)行活性炭處理。
(5)嚴(yán)格按操作規(guī)范補(bǔ)加各種添加劑，補(bǔ)加過(guò)程應(yīng)注意少加勤加的原則，特別要規(guī)范添加量少的潤(rùn)濕劑的補(bǔ)加，從而保證鍍鎳層的光亮度和平整性。
(6)將電鍍鎳/金工序的清洗水改為純水，防止清洗過(guò)程導(dǎo)致的鍍層表面氧化。
(7)電鍍鎳/金印制板的蝕刻過(guò)程中，蝕刻液的PH取上線值，最好控制在8.5~8.8之間，同時(shí)，提高鍍鎳/金印制板絲印阻焊的一次交驗(yàn)合格率，盡量減少阻焊的退洗，以避免退洗過(guò)程導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。
(8)更換鍍金整流器，將原普通整流器更改為脈沖整流器，提升脈沖電鍍反應(yīng)效果的穩(wěn)定性，保證鍍金質(zhì)量。
5·效果檢查
采取以上改進(jìn)措施后，電鍍鎳/金的質(zhì)量有了較大改進(jìn)，印制板鍍鎳/金層色澤均勻，絲印阻焊烘烤后板面氧化的不良品明顯下降，近兩個(gè)月共加工軍品鍍鎳/金印制板300 m2，報(bào)廢率僅為3.0%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
