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電路板廠垂直連續(xù)電鍍線圖形電鍍孔破原因分析
發(fā)布時間：2018-11-12 閱讀量：4177
電鍍工藝是印制電路板（PCB）制程中關鍵的工藝流程。傳統(tǒng)的加工線體為龍門式設備，天車將飛巴上的板件按照一定程序運行和加工。由于龍門線在人力成本、現(xiàn)場環(huán)境以及加工性能方面都處于劣勢，將逐漸被垂直連續(xù)電鍍線（VCP，Vertical Continuous Electroplating Line）取代，從而實現(xiàn)全自動上下板以節(jié)約人力，封閉的構(gòu)造也使得周邊的環(huán)境改善，其在鍍層均勻性、電鍍效率等方面比龍門線更具優(yōu)勢。以往垂直連續(xù)電鍍線制造成本比較高，2010年前主要在歐美、臺資企業(yè)應用廣泛。隨著國內(nèi)設備制造商的制造能力不斷升級，制造成本降低，國內(nèi)的電路板廠都開始批量引入這種線體，廣泛應用于全板電鍍的加工。
隨著技術層面的不斷升級，其鍍銅的均勻性提高而導致電鍍成本下降、品質(zhì)提升，使VCP電鍍優(yōu)勢突現(xiàn)，2015年起逐漸有PCB廠采用垂直連續(xù)電鍍線加工圖形電鍍工藝。相對于全板電鍍工藝，圖形電鍍工藝用于生產(chǎn)的實例不是很多。本文針對我司藥水在深圳某企業(yè)搭配垂直連續(xù)電鍍設備生產(chǎn)時發(fā)生的鍍層孔破現(xiàn)象進行分析驗證，得出了鍍層孔破發(fā)生的主要影響因素，并針對性地給出改善對策和建議。
1 VCP圖形電鍍層孔破背景
H客戶的VCP線是一條全新的鋼帶式垂直連續(xù)電鍍線，在2017年12月投入使用。其工藝流程為：除油—二級水洗—微蝕—二級水洗—鍍銅預浸—鍍銅—二級水洗—鍍錫預浸—鍍錫—三級水洗—熱風吹干—收料。在開始量產(chǎn)圖電板件時，電測室陸續(xù)反饋孔徑≤0.35 mm的小孔板出現(xiàn)孔破異常，代表性異常切片（如圖1）。
發(fā)生孔破的異常板件集中出現(xiàn)0.35 mm以下的小孔，其中0.25 mm孔徑出現(xiàn)比例最高，前期電測統(tǒng)計孔破不良數(shù)據(jù)（如表1）。
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VCP圖形電鍍層孔破問題魚骨圖及切片分析
針對電鍍的孔破現(xiàn)象，我們可以借助魚骨圖來分析其發(fā)生的原因。將所有影響電鍍孔破的因子列出，并分為來料、設備、參數(shù)、操作和環(huán)境等五個方面來分析（見圖2）。
客戶端的孔破切片中存在兩種不良現(xiàn)象：孔口區(qū)域孔破占到30%；孔內(nèi)占到70%左右。結(jié)合現(xiàn)場的實際生產(chǎn)狀況、設備和環(huán)境，根據(jù)孔破的切片問題點，進行魚骨圖分析，主要異常可能在于設備、來料和參數(shù)三方面。一方面是板件本身存在干膜流膠入孔的現(xiàn)象，而VCP線由于除油槽采用噴淋、處理時間短，處理效果差，造成除油質(zhì)量不佳，流膠未清洗干凈，從而電鍍時產(chǎn)生抗鍍，造成該區(qū)域在VCP圖形電鍍中未電鍍上銅和錫，蝕刻時造成孔破現(xiàn)象；另一面鍍錫槽的噴嘴流量過小，導致小孔內(nèi)殘留的氣泡不能溢出，氣泡殘留在孔內(nèi)，影響小孔中間鍍錫的質(zhì)量，造成鍍錫層未能完全覆蓋小孔中間的銅層，蝕刻時沒有錫層保護而形成氣泡型孔破。
對孔破的切片進行分析確認，在孔口的區(qū)域由于槽液交換性相對較好，所以不存在孔內(nèi)氣泡的殘留。根據(jù)微蝕后的切片觀察到板電層/圖電層斷開整齊，靠近板面由于存在錫層保護未被咬蝕，而接近孔內(nèi)的鍍層可能由于鍍錫不良或者由殘膠影響了鍍錫效果，從而造成鍍銅層被咬蝕；在孔內(nèi)的區(qū)域，整體的孔破呈現(xiàn)弧形狀，板電層和圖電層的銅都被咬蝕，該區(qū)域?qū)儆阱冨a交換性不夠或者鍍錫過程中氣泡殘留造成。
結(jié)合客戶端板件的部分，相同板件在龍門線加工不會出現(xiàn)孔破的問題，說明該種孔破與沉銅、全板電鍍工藝無關。另外該設備的鍍銅段在生產(chǎn)全板電鍍板件時，孔內(nèi)銅鍍層正常，說明鍍銅缸正常。所以主要從外層圖形工藝、電鍍前處理以及鍍錫槽進行方案設計與改善驗證，主要從以下三個方面進行排查和測試：
（1）對比外層圖形工藝的影響，分別在龍門線和圖電線測試；
（2）改善前處理槽的工藝參數(shù)，測試前處理槽的改善效果；
（3）錫缸的測試，采用不同的噴流強度來進行加工，測試鍍錫槽的影響。
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孔破分析改善
按照以上魚骨圖和切片原因分析的結(jié)果，制定了表2中的行動方案進行測試。
按照表2中的行動項目，首先對第一項和第二項進行了測試，排除了外層圖形干膜的影響和鍍銅槽的影響，基本上將原因定位于鍍錫段。通過第三項改善除油的效果，將除油更換為龍門線的除油劑進行除油，板件還是存在孔破的現(xiàn)象，最終將這次孔破的問題定位于鍍錫段。測試結(jié)果表明：本次的孔破主要是鍍錫槽引起的，與外層圖形工藝和電鍍前處理的關系不大。
對于錫槽改善，第一步測試了在鍍錫前預浸槽中補加相應鍍錫添加劑的效果。通過補加添加劑增加板件內(nèi)小孔的潤濕性，電測顯示還存在孔破的問題，說明通過加強潤濕效果改善不大，同時在錫槽內(nèi)將鍍錫添加劑的濃度進行提升，但是做板過程中還是存在較高比例的孔破，說明提高鍍錫添加劑對孔破無顯著改善效果。
第二步，對錫槽的循環(huán)過濾泵噴流強度進行提高，改善噴流對孔內(nèi)的藥水交換大小和排氣沖擊力。對比前后三次料號K056板件加工條件以及結(jié)果，在錫槽頻率40Hz提高到50Hz有明顯改善，噴流泵受到最大功率的影響，不能繼續(xù)提升噴流量。
第三步，對鍍錫槽中噴嘴流量的大小進行測試。從前面的行動可以看出增加噴流量對改善孔破有一定的效果。因為我司鍍錫光劑在其他客戶都有與VCP設備有過實際的生產(chǎn)線，在其余客戶端都未出現(xiàn)孔破的現(xiàn)象，這條VCP線是一條新設備，問題點可能在設備的構(gòu)造上。對錫槽設備以及周邊設備的點檢中發(fā)現(xiàn)，銅缸噴嘴的直徑為2.0 mm，而錫缸噴嘴的直徑為3.0 mm�？蛻粲写罅康�0.2~0.25 mm孔徑的板件出現(xiàn)孔破，懷疑是由于噴嘴開口偏大，造成噴流的流速偏低，鍍錫液在小孔內(nèi)的交換性不足，造成小孔內(nèi)有氣泡殘留，故將鍍錫段的噴管全部更換成噴嘴直徑為2.0 mm的噴管。由于減小了噴嘴的直徑，相對于增加了噴流流速的大小，對孔內(nèi)鍍錫的交換性大幅度的提升。通過相關的測試，現(xiàn)場未出現(xiàn)有鍍層空洞的不良現(xiàn)象。
在龍門線加工工藝中，由于存在搖擺和震動，小孔的加工性能良好。而VCP設備中沒有搖擺和機械振動，只有噴流，對于小孔的加工，當噴流的流量太小或者流速太低時，造成鍍錫液在小孔內(nèi)的交換性差，孔內(nèi)存在氣泡，鍍錫層不能有效覆蓋小孔的孔壁，蝕刻后出現(xiàn)孔破現(xiàn)象。
本次客戶通過減小噴嘴的直徑，提高錫槽的噴流流速，改善鍍錫槽溶液在小孔內(nèi)的交換性，從而改善鍍錫質(zhì)量。更改后客戶端持續(xù)了半年左右的生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中再未出現(xiàn)孔破現(xiàn)象，至此客戶端因鍍錫不良造成的小孔孔破問題徹底解決。
4 結(jié)論
在圖形電鍍制程中，對于外層干膜流膠型的孔破問題，一般通過改善除油的效果和干膜板件的放置環(huán)境來進行改善；對于氣泡型的孔破，VCP線只能采用加強循環(huán)過濾的流速方式進行改善。
通過針對客戶端時的孔破原因進行全面分析，并逐一排查層別，得出孔破的主要原因是由于鍍錫槽噴嘴直徑偏大、噴流流速小而導致的鍍錫不良。垂直連續(xù)電鍍設備由于槽液的交換方式和傳統(tǒng)的龍門線不一樣，不含有震動和機械搖擺，對于小孔（0.25 mm以下）或者高厚徑比(6:1以上)的加工，槽液的貫穿性差。在過濾循環(huán)設備噴流流量一定的環(huán)境下，將鍍錫槽的噴嘴開口控制在適當?shù)姆秶岣邍娨旱牧魉俅笮�，增加藥水到板面的壓力，使鍍錫液能夠貫穿板件，起到良好的排氣效果和交換作用，從而改善因鍍錫不良而造成孔破問題。
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