劉夢茹 崔冬冬 唐海波 張 勇

（生益電子股份有限公司，廣東 東莞 523127）

0 引言

印制電路板（printed circuit board，PCB）在化學鍍鎳/金工藝過程中，底層銅與鎳層分離是涉及可靠性方面的缺陷之一，其為過程必需的檢驗項，如果缺陷板應用到產(chǎn)品上，將面臨元器件脫落等可焊性風險，因此必須杜絕該問題的發(fā)生。

本公司在生產(chǎn)過程中使用A 系列及B 系列藥水時，均出現(xiàn)過銅鎳分離的問題，影響較大，故本文對銅鎳分離問題進行研究。

1 失效數(shù)據(jù)分析

1.1 失效表觀確認

對過程中一些代表性的失效表觀情況進行分析，如圖1所示。由圖1可見，分離出現(xiàn)在孔環(huán)位置，焊盤位置未出現(xiàn)。

圖1 銅鎳分離

1.2 鍍層厚度測量

通過X射線測量分離位置金鎳厚，見表1。

表1 鍍層厚度分析 單位：μm

由表1 可見，分離位置基本無鎳，因此可確認為銅鎳分離。

1.3 金相顯微鏡切片分析

對分離位置做金相顯微鏡切片分析，觀察分離位置孔口及孔內(nèi)的差異，如圖2所示。由圖2可以看出，孔口及孔內(nèi)分離位置為銅鎳交界面，故為銅鎳分離。

圖2 分離位置金相顯微鏡切片

1.4 FIB激光切割確認

對銅鎳交界面進行聚焦離子束（focus ion beam，F(xiàn)IB）激光切割，將鎳層與銅層界面放大到20 000倍，如圖3所示。由圖3可以看到，除鎳銅分離外在交界面未發(fā)現(xiàn)其他污染物。

圖3 銅鎳分離問題板FIB分析結(jié)果（20 000倍）

1.5 鎳腐蝕確認

對銅鎳剝離位置進行電鏡分析，如圖4 所示。由圖4 可見，銅鎳分離位置處的鎳腐蝕良好，因此可以判斷銅鎳分離并非化鎳過程的異常原因。

1.6 結(jié)論

由失效數(shù)據(jù)分析可知，問題點可以確定為銅鎳分離集中在孔環(huán)上，失效的問題點與化鎳過程無關。

2 失效原因分析

2.1 產(chǎn)品的工藝流程

失效產(chǎn)品的工藝流程為：除油→水洗→微蝕→水洗→酸洗→水洗→酸洗→預浸→活化→酸洗→水洗→酸洗→水洗→化鎳→水洗→沉金→金回收→水洗→烘干。

由前面的失效數(shù)據(jù)分析可知，分離位置確認為銅鎳分離，且與化鎳過程無關，因此可以判定問題出現(xiàn)在化鎳之前，即除油到化鎳前的水洗流程。

2.2 產(chǎn)線狀態(tài)確認

產(chǎn)線問題共分為2種狀態(tài)：

（1）保養(yǎng)后生產(chǎn)1 d以上時出現(xiàn)孔環(huán)分離。更換除油到活化后的水洗后，無分離問題，初步分析原因為做板過程中導致的藥水缸污染，問題發(fā)生在4# B藥水沉金線。

（2）新開缸生產(chǎn)存在分離問題。初步分析原因為新開缸藥水存在污染問題（來料異?；蚓€體本身的污染），問題發(fā)生在1# A藥水沉金線。

2.3 初步原因分析

通過現(xiàn)場及流程分析可知，銅面與鎳面的結(jié)合力不足造成銅鎳分離。對銅鎳分離的影響因子分析如圖5所示。

圖5 銅鎳分離影響因子

確認影響銅鎳分離的因子為除油、微蝕、活化、硫酸、水質(zhì)、銅面氧化、微蝕量不足等，需進一步確認哪些為強相關因子。其中：①水質(zhì)的問題可通過電導率及pH 值進行測試和判定，在實際驗證過程中，水質(zhì)電導率≤20 μS/cm，pH 為6～8，結(jié)果均正常，未被污染，因此不再進行驗證。②眾所周知，銅面嚴重氧化及微蝕量［1］較小，導致粗糙度不足并產(chǎn)生分離問題，因此不在試驗中進行驗證測試。

3 試驗方案

3.1 試驗原料

（1）現(xiàn)有條件：①1#沉金線使用的A 藥水，搭配PC1816 微蝕劑（硫酸雙氧水體系［2］）及化學純（chemically pure，CP）級硫酸；②4#沉金線使用的B 藥水，搭配PC1816 微蝕劑及分析純試劑（analytical reagent，AR）級硫酸；對出現(xiàn)的問題可以通過交叉試驗進行驗證。

（2）現(xiàn)狀：①1#A藥水開缸后存在分離問題；②4# B 藥水開缸后做板無異常，連續(xù)做板1 d 以上，存在分離問題；③生產(chǎn)過程中，除油、微蝕、活化存在交叉污染的情況。

3.2 儀器及設備

儀器及設備分別為鉆孔機、等離子體機、除膠線、沉銅線、黑影線、研磨機、回流焊、金相顯微鏡、元素分析儀等。

4 試驗結(jié)果與分析

4.1 針對新開缸后存在的分離問題驗證

通過1#及4# 2 條線的交叉驗證可知，新開缸的藥水為1#線酸洗異常導致的分離問題的原因，見表2。

表2 新開缸藥水分離驗證方案及結(jié)果

對1#沉金線使用的CP 級硫酸及新批次的CP級硫酸進行對比化驗，見表3。由表3 可知，硫酸存在污染，導致銅鎳分離問題。

表3 CP級硫酸主要雜質(zhì)化驗對比 單位：%

4.2 針對連續(xù)做板過程中出現(xiàn)的分離研究

通過交叉試驗對比可知，更換微蝕藥水或活化藥水均可以改善分離問題，故可確認PC1816微蝕藥水與B 活化藥水不匹配（硫酸雙氧水不同時期的咬蝕銅面粗糙程度不同），見表4。

表4 連續(xù)做板過程中分離驗證方案及結(jié)果

PC1816 微蝕藥水的微蝕效果表觀電鏡圖如圖6 所示。由圖6 可知，PC1816 微蝕效果隨著做板量增加而變差（即咬蝕的銅面不夠粗糙），導致銅面與鈀的結(jié)合能力變差，從而導致銅鎳分離。

4.3 生產(chǎn)過程中的污染源

在生產(chǎn)現(xiàn)場排查過程中，發(fā)現(xiàn)存在除油、微蝕、活化藥水（除油、微蝕、活化的正常控制濃度為13%、2%、8%）相互交叉污染的風險。同時在自動添加過程中，添加盒內(nèi)的藥水可能被Ti（鈦探針）污染，活化藥水由無色透明變?yōu)樽仙?。因此對Ti污染及藥水間的交叉污染進行研究。

4.3.1 除油缸被污染的模擬測試

除油缸接中央加藥硫酸管道，且除油劑的自動添加與微蝕、活化藥水的自動添加并列排布，除油缸可能被硫酸、微蝕、活化藥水污染。設計試驗為正常13%除油液中加入不同藥水，結(jié)果見表5。由表5 可知，除油劑被硫酸、微蝕、活化藥水污染后，不會出現(xiàn)銅鎳分離問題；被Ti污染后，存在分離問題。

表5 除油劑被污染驗證試驗及結(jié)果

4.3.2 微蝕缸被污染的模擬測試

微蝕劑的自動添加與除油、活化藥水的自動添加并列排布，微蝕缸可能被除油、活化藥水污染。設計試驗為正常2%微蝕液中加入不同藥水，結(jié)果見表6。由表6 可知，微蝕劑被除油、活化及Ti污染后，均存在分離問題。

表6 微蝕劑被污染驗證試驗及結(jié)果

4.3.3 活化缸被污染的模擬測試

活化的自動添加與除油、微蝕藥水的自動添加并列排布，活化缸可能被除油、微蝕藥水污染。設計試驗為正常8%活化劑中加入不同藥水，結(jié)果見表7。由表7 可知，活化劑被除油劑污染后發(fā)生整板缺鍍的問題；被微蝕劑、除油劑污染無銅鎳分離，說明銅鎳分離與活化缸被除油與微蝕藥水污染無關；活化劑被Ti污染后，存在分離問題。

表7 活化劑被污染驗證試驗及結(jié)果

4.4 結(jié)論

（1）不同的微蝕藥水體系與不同的化學鍍鎳/金藥水體系搭配，會影響銅面的結(jié)合力，主要為微蝕藥水后期咬蝕的銅面粗糙度不足導致。

（2）硫酸的純度影響銅面與鎳面的結(jié)合力，故在搭配沉金藥水時，優(yōu)先選擇AR級硫酸進行匹配，減少外來雜質(zhì)的影響。

（3）Ti 材質(zhì)會被除油、微蝕（硫酸雙氧水體系）、活化藥水腐蝕，并污染上述藥水，導致銅面與鎳面結(jié)合力變差。

（4）微蝕缸被除油、活化藥水污染后，均存在分離問題，主要為影響了銅面的粗糙度所導致。

（5）活化缸被除油、微蝕藥水污染后，不會導致分離問題，但會導致缺鍍問題。

5 改善方案及效果

針對銅鎳分離問題，改善方案及效果見表8。

表8 銅鎳分離問題改善方案及效果

6 結(jié)語

不同體系的微蝕藥水與化金藥水的匹配性、硫酸的純度、微蝕藥水的微蝕效果（污染或微蝕量不足導致）、金屬Ti的污染等，均會導致不同程度的化金銅鎳分離問題。針對導致銅鎳分離的不同原因采取措施加以改善，可以很好地控制甚至消除銅鎳分離問題。