嚴銳峰 徐林龍 張 俊

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514000）

0 引言

隨著印制電路板（printed circuit board，PCB）孔金屬化技術越來越成熟，在穩(wěn)定技術的基礎上實現(xiàn)制程再優(yōu)化、提高藥水利用率和高效化，以及成本合理化是研究的核心。為此，本文將針對設備的精簡改造，藥水作用及特性展開可行性分析，并從制程能力、品質(zhì)確認等方面進行改造評估。

1 可行性分析

1.1 工藝流程概括與問題引申

以某公司的金屬化孔（plating through hole，PTH）線為例，其水平沉銅工藝流程如圖1所示。

圖1 水平沉銅工藝流程

由圖1 可知，當板件經(jīng)過微蝕后四級水洗需預浸，其作用為：①防止板件進入活化帶入過量的水造成水解；②防止前站藥水處理不凈帶入活化造成藥水污染。預浸藥水除不含鈀外，其余組分與活化藥水相同，可通過板件被帶入活化缸，同樣，活化缸昂貴的藥水也會被帶出至水洗。由此引發(fā)的兩個問題即能否將被帶出至水洗的活化藥水進行回收利用，以及能否通過回收的藥水取代原預浸藥水。

1.2 可行性分析

1.2.1 理論可行性分析

由于活化后水洗生產(chǎn)板會將活化藥水帶出，因此其成分與活化缸藥水相同，只是濃度不同。隨著生產(chǎn)板面積數(shù)的增加，藥水帶出量增多，水洗缸內(nèi)的藥水濃度也會增加。活化鈀濃度管控范圍和原預浸管控項目參數(shù)見表1。

表1 鈀濃度管控表

對活化后水洗缸換缸后的活化藥水含量進行檢測分析和計算，得出結果見表2。

表2 活化后水洗活化藥質(zhì)量水濃度檢測記錄表

活化后五級水洗以5 d/個統(tǒng)計周期來計算，其帶出量大，極具再利用價值。如單純地將活化后五級水洗導入預浸段，其鈀離子的量雖然很可觀，但其濃度無法滿足要求。因此，需要在后續(xù)的設備改造中提高鈀離子的濃度，減少含水量。其原因為：①防止其帶出后的活化液自身水解和導入預浸后帶入活化造成活化水解；②為了板件在進入活化前在預浸起預反應的作用。

從活化后水洗的pH 來看，其值在活化缸的pH 管控范圍內(nèi)，其藥水的酸堿特性也會與活化藥水更相似。如果通過設備改造可提高帶出藥水在活化后水洗的濃度，水洗藥水打入預浸槽后，活化槽的pH 值不會有太大的影響，更不會影響活化藥水的穩(wěn)定性，反而因為其成分相同，活化中鈀的濃度穩(wěn)定性會提高，即藥水的穩(wěn)定性會提高。

綜上所述，在理論上的可行性分析評估可匯總見表3。

表3 理論分析評估表

1.2.2 設備改造可行性分析

從線體結構來看，預浸缸與活化后五級水洗均以水刀進行噴淋供藥，將活化后水洗的藥水導入預浸，并通過水刀供藥管外接來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)液位的平衡及藥水的交換，預浸的水刀供藥管也可外接管道，將藥水導入活化后水洗。因此，可確定其“互通互導式”改造的原理，如圖2所示。

圖2 改造原理示意

1.2.1 提到，為了活化后水洗的藥水滿足預反應（預活化）的要求，必須提高藥水濃度，即在藥水帶出量一定的條件下，降低其被水洗稀釋的程度。最好的方法即是將活化后五級水洗拆分成單級水洗+四級水洗，通過這樣的方式能確保帶出的藥水絕大部分被收集至單級水洗。

因此，通過設備改造，理論上可實現(xiàn)預浸與活化后水洗的“互通互導”以及五級水洗的拆分。預浸與活化后水洗“互通互導”無需更換現(xiàn)有的設備，只需在水刀供藥管開孔外接管道，普通的聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）管道即可滿足使用要求。對活化后五級水洗的拆分，僅需將一、二級水洗之間的高位溢流口進行封閉。從設備改造的成本角度和改造難度來看均可行。

2 改造設計與實施

2.1 設備改造方案設計

取消原有預浸液的應用和將活化帶出液作為預浸液重新應用，需要將預浸和活化后水洗的水刀供藥管進行分流，活化后的四級水洗需要拆分為單級水洗+三級水洗，且需要保證改造后的液位平衡。根據(jù)上述改造要求，設備具體改造項目匯總和改造設計如圖3所示。

圖3 改造方案設計

2.2 改造方案實施

根據(jù)列舉的改造項目及設備改造圖，項目的具體實現(xiàn)及改造所需材料的選用見表4。

表4 改造項目實施方案表

2.3 改造結果確認

根據(jù)設備改造圖和改造實施方案，對設備進行精簡改造。具體改造結果和效果見表5。

表5 設備改造確認

設備改造完成，對其使用方法進行標準界定，制訂簡單可視化操作規(guī)范，見表6，為后續(xù)的生產(chǎn)提供操作依據(jù)。

表6 可視化操作規(guī)范

3 生產(chǎn)測驗評估

3.1 穩(wěn)定性檢測

3.1.1 藥水穩(wěn)定性監(jiān)測

改造后的設備，由于預浸槽和活化后水洗的“互通互導”，可看做是一個缸體，而且新開缸兩者均不添加任何藥水，僅補加DI 水，其藥水鈀的濃度會隨生產(chǎn)面積數(shù)的增加而增加。因此，需對周期內(nèi)藥水的穩(wěn)定性進行檢測。其檢測情況見表7。從周期內(nèi)的藥水檢測分析來看，除新開槽時pH趨于中性，其pH值在8～9并無大變化，藥水的酸堿度較穩(wěn)定。鈀濃度在周期內(nèi)除新開槽第1 d快速上升，使用期間藥水鈀濃度增減平緩并趨于穩(wěn)定。

表7 藥水檢測結果

3.1.2 沉積速率

在PTH 原理中，活化附著在孔壁和板面的鈀經(jīng)過還原，以催化劑的作用參與反應。因此，活化的效果對化銅沉積有較大速率影響。在試用期間，記錄化銅沉積速率，并對比改造前后過程能力指數(shù)（complex process capabilityindex，CPK），見表8。

表8 沉積速率統(tǒng)計

對比改造前后的沉積速率，兩者均在管控氛圍內(nèi)，滿足管控要求。改造前后CPK 值相差不大，說明經(jīng)過改造，沉積速率的穩(wěn)定性并沒受到影響，其制程能力并未改變。

3.2 生產(chǎn)品質(zhì)確認

3.2.1 背光檢測

試用期間，對不同耐溫值（Tg）板材進行背光確認，見表9。

表9 背光檢測記錄表

對生產(chǎn)板進行抽檢，其背光檢測結果均合格，滿足品質(zhì)要求，如圖4所示。

圖4 部分背光切片

3.2.2 電鍍可靠性測試

試用期間，對電鍍生產(chǎn)板進行熱應力測試。對普通Tg、中Tg、高Tg基材的PCB 進行288 ℃、10 s、3 次熱應力測試，結果均無異常，滿足品質(zhì)要求，如圖5所示。

圖5 部分熱應力測試切片

3.3 改造后標準作業(yè)程序（SOP）管控確認

改造后，藥水穩(wěn)定性、制程能力以及生產(chǎn)品質(zhì)均滿足要求。因此，對改造后的預浸槽pH、溫度管控范圍進行確認（見表10），并納入標準作業(yè)程序（standard operating procedure，SOP）管控。

表10 SOP管控

4 成本分析

改造的目的是在不以品質(zhì)為代價的前提下提高生產(chǎn)效益，其最直接的評估標準即在同等品質(zhì)條件下成本的高低。對改造前后的生產(chǎn)成本進行對比，統(tǒng)計活化藥水領用量和生產(chǎn)面積，核算藥水耗量的差異，見表11。

由表11 可知，改造后生產(chǎn)每平方米耗量相比較于改造前下降13.7%，即活化槽的生產(chǎn)成本下降了13.7%。外加預浸藥水的取消，預浸-活化生產(chǎn)成本綜合下降14%左右。

表11 藥水耗量統(tǒng)計表

5 結語

從生產(chǎn)測驗評估結果來看，改造完成后相關的檢測項目均滿足生產(chǎn)需求和品質(zhì)要求。從生產(chǎn)成本的角度來看，在滿足品質(zhì)要求的前提下，有效降低預浸-活化生產(chǎn)成本14%。從工藝角度來看，預浸的取消，減少了藥水使用種類，在制程能力不受影響的情況下完成了流程優(yōu)化，即“預浸→活化”流程優(yōu)化為“預活化→活化”。

因此，在不影響制程能力且不以品質(zhì)為代價的前提下，通過精簡的設備改造“活化-預浸”實現(xiàn)生產(chǎn)效益的提高是可行的。