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如何改善PCB镀铜均匀性

发布者:admin2019年04月22日

氰化镀铜液含有大量的有毒氰化物,不符合清洁生产要求,但目前它依然被广泛地使用着,这是因为它具有其他镀铜法所完全替代不了的长处,但最终还是要替代它。


氰化镀铜只采用基本成分还不能达到镀层外观好和生产效率高。现在,由于使用了添加剂和周期换向电流,其性能大为改善。


氰化镀液中的铜与酸性镀液中的不同,它是一价铜与氰根形成铜氰络离子,还原成金属铜的电位很低。因此在钢铁件、黄铜件、锌压铸件、焊锡件上都可以直接电镀。镀铜层结晶细致,而且镀液的分散能力和覆盖能力好。复杂零件的内侧面和凹孔以及材料缺陷的内部都能镀上,故被广泛用作在基体材料上闪镀打底,氰化铜闪镀之后,基体表面覆盖上一层结合力好的镀铜层,不仅改善了后续电镀层的覆盖力,而且提高了耐蚀性。


镀液中的氰化物还能除去零件上的油垢,并有活化零件表面的作用,能弥补前处理的不足。


近几年来光亮氰化镀铜有了发展,虽不如光亮酸性镀铜,但亦能得到较好的外观和整平性,也可以省去镀后的抛光,所以亦用作装饰性镀层的底层。


氰化镀铜镀液按组成、电镀条件、用途、大致可分为低浓度镀液-主要用于闪镀;中浓度镀液作为光亮液-主要用于底镀层;高浓度镀液-主要用于镀取厚镀层。在镀液中添加酒石酸钾钠是为了提高阳极的溶解和改善镀层质量。


由于氰化物对化学沉积层和铜箔胶黏剂有浸蚀作用,所以不能用于塑料电镀和印制电路板的电镀。


氰化镀铜镀液中的主要成分是铜氰络离子和一定量的游离氰化物所组成。由于氰化物的分解,镀液中总存在一些碳酸盐。一定量的碳酸盐对镀层不但没有影响,而且有降低阳极极化和提高镀液导电性的效果。所以在新配镀液时,有时还要适当添加碳酸盐,但随着使用时间延续,镀液中的碳酸盐会增长。超过一定量后,必须处理。


铜镀层出现针孔的可能原因:


镀液中氯离子太低、空气搅拌不均匀、镀液中有颗粒状杂质、镀液中存在有机物污染,板面有污染情况。


查找铜镀层针孔的途径:


空气搅拌不均匀:分析铜镀层针孔原因首先检查空气搅拌系统方面是否正常;如搅拌不均匀,会影响过滤系统的过滤效果。可用光板试镀,加强过滤后,试镀的光板如果铜镀层无针孔,表明是由于空气搅拌不均匀的原因所致,加强空气搅拌来解决;如果铜镀层仍有针孔,可从其它方面检查。


镀液中氯离子太低:分析铜镀层针孔原因的第二方面从镀液氯离子方面检查,分析镀液中氯离子的浓度;氯离子是磷铜阳极的活化剂,可帮助磷铜阳极正常溶解,当氯离子的浓度低于20毫克/升时,会产生条纹状粗糙镀层,出现针孔和烧焦现象。如果氯离子太低,可通过添加盐酸来解决,用光板试镀,如果光板的铜镀层仍有针孔,再从其它方面检查。


镀液中有颗粒状悬浮物:观察针孔的形状,如果呈不规则状,表明是有颗粒状悬浮物所致;首先,加强过滤,再用光板试镀,如果铜镀层无针孔,表明是镀液太脏所致;如果铜镀层仍有不规则针孔,表明是由上工序带来的颗粒状物。如果经过光板电镀后没有发现针孔,再用钻过孔的板进行电镀看是否有针孔现象。


镀液中有有机物污染:观察针孔的形状,如果呈圆孔状,表明是有有机污染物所致;首先,采用碳处理,用光板试镀,如果光板中铜镀层中无针孔,表明是镀液中有有机物污染,可能是铜光亮剂及其它试剂所致;如果光板中铜镀层中仍有针孔,表明是由上工序所致。可用光板只印线路图试镀,如果铜镀层无针孔,表明是由油墨、显影剂残留物所致;如果铜镀层无针孔,可检查其它工序。


如果线路板表面处理不清洁也会产生针孔现象,用稀硫酸和去油溶液将线路板处理后将线路板进行电镀,如没有发现针孔,可检查刷板机是否会产生污染情况,如仍然有可检查其它工序。


针对以上原因,我们分步对图形镀铜线进行了调整。


3.1 换挂具、调整夹板方式,改善摆动效果,缩小边缘效应范围


(1 )我们原用双边挂具将飞巴上的板连成一块“大板”,经过分析发现:


①飞巴上的板用5 支挂具连成“大板”,边缘效应明显,飞巴两端的板孔铜厚度比飞巴中间的板孔铜厚度厚40 µm;


②电镀槽深,挂具长、挂具少,阴极摆动时,下排板比上排板摆动幅度小,药水穿孔流动差,下排板孔内铜离子补充较困难, 下排板孔铜厚度薄。


(2)调整


①定做单边挂具,增大挂具厚度,增大挂具强度,增加挂具数量(用2 支单边挂具夹2 块板,挂具由5 支增加到8 支),改善阴极摆动效果;②挂具螺丝由6 个改为9 个,增大导电性;


③将双边挂具换成单边挂具,用2支单边挂具将2 块板夹成“小板”,减小边缘效应的范围。


(3)调整试镀效果


①下排板孔铜厚度有改善,阴极摆动见效果;


②飞巴两端的板与飞巴中间的板,孔铜厚度差改善不明显。




3.2 调整镀液成分及电镀工作条件


原镀液成分及电镀工作条件,虽然符合“高酸、低铜、低电流、长时间”的原则,但还不是最佳。


3.2.1 调整


(1)将镀液成分调整到:


CuSO 4 · 5H 2 O:65 g/L    H 2 SO 4 :120 mL/L  Cl - :70×10 -6


(2)选用分散性、赖温性更好的光剂125T 替代PCM (碳处理 , 换缸)。


(3)将电流密度降到15ASF, 电镀时间延长到90~120分钟。


3.2.2 调整试镀效果


(1)试镀发现,整缸板孔铜厚度有增加,尤其是降低电流后,孔铜厚度增加明显。


(2)飞巴两端的板与飞巴中间的板孔铜厚度差,改善不大。




3.3 调整阳极,改善电力线分布


3.3.1 分析


原用12 支钛篮,阳极排列长度超过飞巴上板排列长度,经过分析发现:


(1)阳极面积与阴极面积之比例>2~4 ∶1,达到8∶1,比例过大。


(2)阳极过多,电力线也过多,飞巴两端电力线密集,孔铜、面铜厚,飞巴中部电力线稀疏,孔铜、面铜薄。


3.3.2 调整


(1)先将12 支钛篮减为8 支,缩短阳极排列长度,增加钛篮间距,经过试镀发现飞巴两端的板与飞巴中间的板孔铜厚度差改善很大,但还有差距。


(2)又在阳极杠两端的钛篮中,插入PVC 管,减少铜角,再调整钛篮间距。


3.3.3 调整试镀效果


(1)试镀发现,在其它条件不变的情况下,阳极调整后,整缸板孔铜厚度明显增加,尤其是降低电流后,孔铜厚度增加明显,


(2 )飞巴两端的板与飞巴中间的板孔铜厚度接近,相差大幅度缩小。