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印制电路板各类故障原因及解决方法梳理一、基材部分1 问题：印制板制造过程基板尺寸的变化原因解决方法（1）经纬方向差异造成基板尺寸变化；由于剪切时，未注意纤维方向，造成剪切应力残留在基板内，一旦释放，直接影响基板尺寸的收缩。
(1) 确定经纬方向的变化规律，按照收缩率在底片上进行补偿（光绘前进行此项工作）。
同时剪切时按纤维方向加工，或按生产厂商在基板上提供的字符标志进行加工（一般是字符的竖方向为基板的纵方向）。
（2）基板表面铜箔部分被蚀刻掉对基板的变化限制，当应力消除时产生尺寸变化。
（2）在设计电路时应尽量使整个板面分布均匀。
如果不可能也要必须在空间留下过渡段（不影响电路位置为主）。
这由于板材采用玻璃布结构中经纬纱密度的差异而导致板材经纬向强度的差异。
（3）刷板时由于采用压力过大，致使产生压拉应力导致基板变形。
（3）应采用试刷，使工艺参数处在最佳状态，然后进行刷板。
对薄型基材，清洁处理时应采用化学清洗工艺或电解工艺方法。
（4）基板中树脂未完全固化，导致尺寸变化。
（4）采取烘烤方法解决。
特别是钻孔前进行烘烤，温度1200C、4小时，以确保树脂固化，减少由于冷热的影响，导致基板尺寸的变形。
（5）特别是多层板在层压前，存放的条件差，使薄基板或半固化片吸湿，造成尺寸稳定性差。
（5）内层经氧化处理的基材，必须进行烘烤以除去湿气。
并将处理好的基板存放在真空干燥箱内，以免再次吸湿。
（6）多层板经压合时，过度流胶造成玻璃布形变所致。
（6）需进行工艺试压，调整工艺参数然后进行压制。
同时还可以根据半固化片的特性，选择合适的流胶量。
2 问题：基板或层压后的多层基板产生弯曲（BOW）与翘曲（TWIST）。
原因：解决方法：（1）特别是薄基板的放置是垂直式易造成长期应力叠加所致。
（1）对于薄型基材应采取水平放置确保基板内部任何方向应力均匀，使基板尺寸变化很小。
还必须注意以原包装形式存放在平整的货架上，切记勿堆高重压。
（2）热熔或热风整平后，冷却速度太快，或采用冷却工艺不当所致。
PCB制造缺陷解决方法--------------------------------------------------------------------------------在印制电路板制造过程涉及到工序较多，每道工序都有可能发生质量缺陷，这些质量总是涉及到诸多方面，解决起来比较麻烦，由于产生问题的原因是多方面的，有的是属于化学、机械、板材、光学等等方面。
经过几十年的生产实践，结合解决质量总是实际经验和有关的解决技术问题的相应资料，现总结归纳如下：印制电路板制造工序产生缺陷、原因和解决办法工序产生缺陷产生原因解决方法贴膜板面膜层有浮泡板面不干净检查板面可润性即干净的表面能保持水均匀、连续水膜时间长达1分钟贴膜温度和压力过低增加温度和压力膜层边缘翘起由于膜层张力太大，致使膜层附着力差调整压力螺丝膜层绉缩膜层与板面接触不良锁紧压力螺丝曝光解象能力不佳由于散射光及反射光射达膜层遮盖处减少曝光时间曝光过度减少曝光时间影象阴阳差；感光度太低使最小阴阳差比为3:1底片与板面接触不良检查抽真空系统调整后光线强度不足再进行调整过热检查冷却系统间歇曝光连续曝光干膜存放条件不佳在黄色光下工作显影显影区上面有浮渣显影不足，致使无色膜残留在板面上减速、增加显影时间显影液成份过低调整含量，使达到1.5～2%碳酸钠显影液内含膜质过多更换显影、清洗间隔时间过长不得超过10分钟显影液喷射压力不足清理过滤器和检查喷咀曝光过度校正曝光时间感光度不当最大与最小感光度比不得小于3膜层变色，表面不光亮曝光不足，致使膜层聚合作用不充分增加曝光及烘干时间显影过度减少显影时间，较正温度及冷却系统，检查显影液含量膜层从板面上脱落由于曝光不足或显影过度，致使膜层附着不牢增加曝光时间、减少显影时间和整正含量表面不干净检查表面可润性贴膜曝光后，紧接着去显影贴膜后曝光后至少停留15～30分钟电路图形上有余胶干膜过期更换曝光不足增加曝光时间底片表面不干净检查底片质量显影液成份不当进行调整显影速度太快进行调整浅析多层印制电路板内层短路工艺因素--------------------------------------------------------------------------------随着微电子技术的飞速发展，表面封装元器件趋向小型化、轻量化和多功能化像小外形集成电路（SOIC），它的引线分布在器件的两侧，引线中心距1.27毫米、方形扁平塑封的集成电路（QFP），引线分布在器件的四边，引线中心距1-0.8-0.65毫米、塑封有引线芯片载体（PLCC），引线呈“J”型，引线中心距为1.27毫米、无引线陶瓷芯片载体（LCCC），它以分布在器件四边的金属化焊盘代替引线和金属化焊盘球栅阵列分布于芯片的底部（BGA）等。
印制电路板各类故障原因及解决方法梳理一、基材部分1 问题：印制板制造过程基板尺寸的变化原因解决方法（1）经纬方向差异造成基板尺寸变化；由于剪切时，未注意纤维方向，造成剪切应力残留在基板内，一旦释放，直接影响基板尺寸的收缩。
(1) 确定经纬方向的变化规律，按照收缩率在底片上进行补偿（光绘前进行此项工作）。
同时剪切时按纤维方向加工，或按生产厂商在基板上提供的字符标志进行加工（一般是字符的竖方向为基板的纵方向）。
（2）基板表面铜箔部分被蚀刻掉对基板的变化限制，当应力消除时产生尺寸变化。
（2）在设计电路时应尽量使整个板面分布均匀。
如果不可能也要必须在空间留下过渡段（不影响电路位置为主）。
这由于板材采用玻璃布结构中经纬纱密度的差异而导致板材经纬向强度的差异。
（3）刷板时由于采用压力过大，致使产生压拉应力导致基板变形。
（3）应采用试刷，使工艺参数处在最佳状态，然后进行刷板。
对薄型基材，清洁处理时应采用化学清洗工艺或电解工艺方法。
（4）基板中树脂未完全固化，导致尺寸变化。
（4）采取烘烤方法解决。
特别是钻孔前进行烘烤，温度1200C、4小时，以确保树脂固化，减少由于冷热的影响，导致基板尺寸的变形。
（5）特别是多层板在层压前，存放的条件差，使薄基板或半固化片吸湿，造成尺寸稳定性差。
（5）内层经氧化处理的基材，必须进行烘烤以除去湿气。
并将处理好的基板存放在真空干燥箱内，以免再次吸湿。
（6）多层板经压合时，过度流胶造成玻璃布形变所致。
（6）需进行工艺试压，调整工艺参数然后进行压制。
同时还可以根据半固化片的特性，选择合适的流胶量。
2 问题：基板或层压后的多层基板产生弯曲（BOW）与翘曲（TWIST）。
原因：解决方法：（1）特别是薄基板的放置是垂直式易造成长期应力叠加所致。
（1）对于薄型基材应采取水平放置确保基板内部任何方向应力均匀，使基板尺寸变化很小。
还必须注意以原包装形式存放在平整的货架上，切记勿堆高重压。
（2）热熔或热风整平后，冷却速度太快，或采用冷却工艺不当所致。
pcb常见缺陷原因与措施汇报人：日期:•孔洞和针孔•短路和断路•线路设计不良•基材不良目•环境因素影响•材料和工艺问题录孔洞和针孔孔洞孔的电镀质量不良，导致孔壁有颗粒或凸起。
孔壁上有异物，如金属屑、纤维或灰尘。
电镀过程中，液体内有气泡产生并滞留在孔壁上。
孔洞对孔进行清洁，去除异物和灰尘。
采用高质量的电镀液和电镀设备，提高电镀质量。
对孔径和孔深进行精确控制，确保电镀时能够完全覆盖。
预防措施孔洞在制作PCB时，对孔进行清洁和干燥，避免异物和灰尘的残留。
短路和断路原因分析解决方法预防措施线路设计不良布局不合理走线不规范未遵循最佳实践030201原因分析优化布局修正走线遵循最佳实践解决方法加强设计培训建立PCB设计的审核机制，确保设计的质量和可靠性。
强化审核机制增加技术投入预防措施基材不良基材质量不好基材储存不当原因分析使用高质量的基材储存环境控制解决方法对基材进行严格的质量控制在生产前对基材进行严格的质量检查，包括外观、物理性能和电气性能等指标。
储存环境监控定期对基材储存环境进行检查和维护，确保环境条件符合要求。
预防措施环境因素影响污染物空气中的微粒和有害气体可能污染PCB的表面和内部，导致缺陷。
温度和湿度过高或过低的温度和湿度可能影响PCB的制造过程和性能，导致缺陷的产生。
静电制造过程中的静电可能导致PCB上的微粒移动，产生缺陷。
原因分析控制温度和湿度空气净化静电防护解决方法定期检测空气质量培训员工定期检查和维护环境设备预防措施材料和工艺问题03压合工艺问题01板材选择不当02制造工艺问题原因分析1 2 3选用高质量板材优化制造工艺压合工艺优化解决方法严格控制材料质量对板材、胶片、铜箔等材料进行严格的质量控制，确保其符合制造要求。
加强工艺技术研究不断加强制造工艺技术的研究和开发，提高制造水平。
定期维护设备对制造设备进行定期维护和保养，确保其正常运行，提高制造效率。
预防措施感谢观看。
电路板(PCB)制造出现各种问题及改善方法(一)一、电路板工程设计制作制作的基本步骤每一个PCB 板基本上都是由孔径孔位层、DRILL 层、线路层、阻焊层、字符层所组成的，在CAM350 中，每载入一层都会以不同的颜色区分开，以便于我们操作。
.导入文件首先自动导入文件（File-->Import-->Autoimport），检查资料是否齐全，对齐各层（Edit-->Layers-->Align）并设定原点位置（Edit-->Change-->Origin-->Datum Coordinate），按一定的顺序进行层排列（Edit-->Layers-->Reorder），将没用的层删除（Edit-->Layers-->Reorder）。
.处理钻孔当客户没有提供钻孔文件时，可以用孔径孔位转成Flash（Utilities-->Draw-->Custom，Utilities-->Draw-->Flash-->Interactive）后再转成钻孔（钻孔编辑状态下，Utilities-->Gerber to Drill）；如果有提供钻孔文件则直接按制作要求加大。
接着检查最小钻孔孔径规格、孔边与孔边（或槽孔）最小间距（Analysis-->Check Drill）、孔边与成型边最小距离（Info-->Measure-->Object-Object）是否满足制程能力。
.线路处理首先测量最小线径、线距（Analysis-->DRC），看其是否满足制程能力。
接着根据PC 板类型和基板的铜箔厚度进行线径补偿（Edit-->Change-->Dcode），检查线路PAD 相对于钻孔有无偏移（如果PAD 有偏，用Edit-->Layers-->Snap Pad to Drill 命令；如果钻孔有偏，则用Edit-->Layers-->Snap Drill to Pad 命令），线路PAD 的Ring 是否够大（Analysis-->DRC），线路与NPTH 孔边、槽边、成型边距离是否满足制作要求。
印制电路板镀层缺陷成因分析及其对策1前言金属化孔质量与多层板质量及可靠性息息相关。
金属化孔起着多层印制线路电气互连的作用。
孔壁镀铜层质量是印制板质量的核心，不仅要求镀层有合适的厚度、均匀性和延展性，而且要求镀层在288℃热冲击10秒不能产生断裂。
因为孔壁镀铜层热冲击断裂是一种致命的缺陷，它将造成内层线路间和内层与外层线路之间断路;轻者影响线路断续导电，重者引起多层板报废。
目前，印制板生产中经常出现的金属化孔镀层缺陷主要有：金属化孔内镀铜层空洞、瘤状物、孔内镀层薄、粉红圈以及多层板孔壁与内层铜环连接不良等。
这些缺陷的绝大多数将导致产品报废，造成严重的经济损失，影响交货期。
2金属化孔镀层主要缺陷的产生原因及相应对策我们首先简单回顾一下多层印制板的制造工艺过程。
下料→制板→蚀刻→黑化→层压→钻孔→去沾污及凹蚀处理→孔金属化→全板电镀→制板→图形电镀→脱膜→蚀刻→丝印阻焊→热风整平→丝印字符本文将从钻孔工序、孔壁去树脂沾污及凹蚀处理工序、电镀及多层板层压工序等几个方面，分析金属化孔镀层的主要缺陷及产生原因，阐述如何优化工艺参数，进行严格的工艺及生产管理，以保证孔化质量。
2.1钻孔工序大多数镀层空洞部位都伴随出现钻孔质量差引起的孔壁缺陷，如孔口毛刺、孔壁粗糙、基材凹坑及环氧树脂腻污等。
由此造成孔壁镀铜层空洞，孔壁基材与镀层分离或镀层不平整。
下面，将对孔壁缺陷的成因及所采取的措施进行阐述：2.1.1孔口毛刺的产生及去除无论是采用手工钻还是数控钻，也无论是采用何种钻头和钻孔工艺参数，覆铜箔板在其钻孔过程中，产生毛刺总是不可避免的。
孔口毛刺对于金属化孔质量的影响历来不被人们所重视，但对于高可靠性印制板的金属化孔质量来讲，它却是一个不可忽视的因素。
首先，孔口毛刺会改变孔径尺寸，导致孔径入口处尺寸变小，影响元器件的插入。
其次，凸起或凹陷进入孔内的铜箔毛刺，将影响孔金属化过程中电镀时的电力线分布，导致孔口镀层厚度偏薄和应力集中，从而使成品印制板的孔口镀铜层在受到热冲击时，极易因基板热膨胀所引起的轴向拉伸应力造成断裂现象。
pcb贾凡尼效应原理与化学银镀工艺分析贾凡尼现象或效应指两种金属由于电位差的缘故，通过介质产生了电流，继而产生了电化学反应，电位高的阳极被氧化。
一、沉银板的生产流程除油水洗微蚀水洗预浸沉银抗氧化水洗水平烘干二、沉银板的贾凡尼效应的原理2Ag+ + Cu Ag +2 Cu2+在正常条件下，由于银与铜能发生置换反应，由于不同金属元素化学置换电动势差异，低电势元素会被高电势元素所氧化(丢电子)，而高电动势元素得到电子而还原，在沉银缸中，Ag离子在此反应得到电子还原(2Ag+ + 2e 2Ag，半反应电动势E0=0.799volts),铜被氧化丢电子(Cu-Cu2++2e-，半反应电动势=0.340volts)，这样，铜的氧化和银离子的还原同时进行，形成均匀的镀银层，如上反应式及图1所示。
然而，如果阻焊层和铜线路之间出现缝隙，缝隙里银离子的供应就会受限，阻焊层下面的铜可以被腐蚀为铜离子，为裂缝外的铜焊盘上的银离子还原反应提供电子(如图2 所示)。
由于所需的电子数量与还原的银离子数量成比例，贾凡尼效应的强度随暴露铜焊盘表面积及镀银层厚度而增加。
三、沉银板的贾凡尼效应造成的主要缺陷及改善措施沉银板的贾凡尼效应造成的主要缺陷为由于铜厚不足造成的开路，主要有以下两种：1.0 焊盘和被阻焊覆盖的线路连接的颈部位置开路对于此种贾凡尼效应的风险可以通过以下方法防止或减少：(1)控制浸银微蚀在要求的微蚀量内;(2)在设计中避免大的铜面和细小铜线路结合，增加泪滴设计;(3)通过优化阻焊前处理、曝光、固化、显影工艺及使用抗化学阻焊油墨来提高阻焊油的结合力，避免出现侧蚀或阻焊油墨脱落的现象;2.0 盲孔在浸银后出现空洞导致开路对于此种贾凡尼效应的风险可以通过以下方法防止或减少：(1)提高电镀孔铜层均匀性和孔铜厚度;(2)在保证客户正常沉银品质的情况下，尽量减少沉银前处理微蚀时间和沉银时间;(3)在前处理和沉银槽液中安装超声波或喷流器也有很大改善作用;。
【引用】电路板制作常见的问题及改善方法汇总二2011-05-16 18:21:59| 分类：默认分类阅读17 评论0 字号：大中小订阅本文引用自飛隆侠客《电路板制作常见的问题及改善方法汇总二》电路板制作常见的问题及改善方法汇总接上篇供行业人事学习? 流程:? 去毛刺→上板→膨松→水洗→水洗→除胶渣→预中和→水洗×2→中和→水洗→水洗→整孔→水洗→水洗→微蚀→水洗→水洗→酸洗(H2SO4) →水洗→水洗→预浸→活化→水洗→水洗→加速→水洗→水洗→沉铜→水洗→水洗→下板六、电镀利用电解的方法使金属或合金沉积在工件表面,以形成均匀.致密.结合力良好的金属层过程叫电镀。
6.1全板电镀铜：又叫一次电铜6.1.1、作用与目的：保护刚刚沉积的薄薄的化学铜，防止化学铜氧化后被酸浸蚀掉，通过电镀将其加后到一定程度。
6.1.2、全板电镀铜相关工艺参数：槽液主要成分有硫酸铜和硫酸，采用高酸低铜配方，保证电镀时板面厚度分布的均匀性和对深孔小孔的深镀能力；硫酸含量多在180克/升，多者达到240克/升；硫酸铜含量一般在75克/升左右，另槽液中添加有微量的氯离子，作为辅助光泽剂和铜光剂共同发挥光泽效果；铜光剂的添加量或开缸量一般在3-5ml/L。
6.1.3图形电镀铜：又叫二次铜，线路镀铜目的与作用:为满足各线路额定的电流负载，各线路和孔铜铜后需要达到一定的厚度，线路镀铜的目的及时将孔铜和线路铜加厚到一定的厚度；6.1.4电镀锡目的与作用:图形电镀纯锡目的主要使用纯锡单纯作为金属抗蚀层，保护线路。
6.2: 电镀常见的不良问题,原因分析和改善方法6.2.2镀镍常见故障6.2.3镀金常见故障本公司没有自行生产镍金板,在此没有谈论电镍金板的不良产生的说明6.3,板电6.3.1板电光剂标准耗量计算7.3.1.1图电铜光剂(现铜光剂KA.H耗量为250ml/KA.H)7.3.1.2板电电流密度平均18ASF，时间22分钟,1M2光剂消耗量计算如下生产面积（M2）×10.76×电流密度（ASF）×时间（M）×2面×250计算结果=1000A*60M= 0.0355L /M210.76×18 ×22×2×2501000×607．板电铜球标准耗量计算1. 计算公式:密度×面积×受镀面积比例(加孔)×孔铜厚度÷电镀效率%×2面=铜角耗量(kg/ M2) 2. 板电孔铜厚镀已1UM为例,电流效率约为80%.1. 综合上1,2点可得计算结果如下①=0.025kg/M2,1 UM孔铜厚板铜球耗量8.89g/CM3×M2×100%×1UM×21000×80%2. 由以上公式可计算出各种铜厚要求的铜球耗量如下表计算方法1 UM孔铜厚板铜球耗量×铜厚要求7.2. 板电硫酸铜标准耗量计算1. 计算公式①,硫酸铜单耗量=滴水带出量/ 面积+阴阳极离子转换平衡偏差补偿1.5%②,滴水带出约每平米150ml③,阴阳极离子转换平衡偏差补偿1.5 %=阳极耗量×1.5%=CU2+离子转换偏差耗量④, (CU2+离子转换偏差耗量×250)/ 64=CuSO4·5H2O离子转换偏差耗量⑤硫酸铜单耗=0.15L×70g/L÷1000g÷1㎡＋相应铜球单耗×1.5%×250/64小结:各不同铜厚对应的铜球与硫酸铜板电处标准单耗计算数据如下表.8.图电A．图电铜光剂标准耗量计算3. 图电铜光剂(现铜光剂KA.H耗量为200ml/KA.H)4. 图电电流密度平均16ASF，时间60分钟,电镀面积75%.1M2光剂消耗量计算如下生产面积（M2）×10.76×电流密度（ASF）×时间（M）×2面×200Χ75%1000A*60M10.76*16*60*2*200*75%1000*609．图电铜球标准耗量计算1. 计算公式:密度×面积×受镀面积比例(加孔)×孔铜厚度÷电镀效率%×2面=铜角耗量(kg/ M2) 本公司电铜电流效率为75%2. 每1㎡在受镀面积为100%,加镀铜1 UM 所需要的铜球计算方法如下8.89g/CM3×M2×100%×1UM×21000×75%由以上计算可知铜球单耗计算=0.024×受镀面积×铜厚10. 图电硫酸铜标准耗量计算3. 计算公式①,硫酸铜单耗量=滴水带出量/ 面积+阴阳极离子转换平衡偏差补偿1.5%②,滴水带出约每平米150ml③,阴阳极离子转换平衡偏差补偿1.5 %=阳极耗量×1.5%=CU2+离子转换偏差耗量④, (CU2+离子转换偏差耗量×250)/ 64=CuSO4·5H2O离子转换偏差耗量硫酸铜单耗=0.15L×70g/L÷1000g÷1㎡＋相应铜球单耗×1.5%×250/64由已上公式可计算出不同铜厚与不同受镀面积板电镀所需铜球与硫酸铜单耗.11.图电锡光剂的标准耗量:1M2光剂消耗量计算如下电锡电流密度平均12ASF,时间11 MIN,联鼎/正天伟光剂添加量370ML/KAH,生产面积（M2）×10.76×电流密度（ASF）×时间（M）×2面×370Χ75%1000A*60M计算结果: (10.76×12×11×2×370×75%)/ (1000×60)=0.014L/㎡12.1、蚀刻/退锡:①制程目的：將線路電鍍完成從電鍍設備取下的板子,做後加工完成線路:A. 剝膜:將抗電鍍用途的乾膜以藥水剝除B. 線路蝕刻:把非導體部分的銅溶蝕掉C. 剝錫(鉛):最後將抗蝕刻的錫(鉛)鍍層除去上述步驟是由水平連線設備一次完工.②制造流程：剝膜→線路蝕刻→剝錫鉛7.1PCB制造工艺（Technology）中，无论是单、双面板及多层板（MLB），最基本、最关键的工序之一是图形转移，即将照相底版（Art-work）图形转移到敷铜箔基材上。
4.2流程:上PIN→钻孔→检查全流程线路板厂，都会有钻孔这麽一道工序。
看起来钻孔是很简单，只是把板子放在钻机上钻孔，其实那是只是表面的动作，而实际上钻孔是一道非常关键的工序。
如果把线路板工艺比着是“人体”，那麽钻孔就是颈（脖子），很多厂因为钻孔不能过关而面对报废，导致亏本。
就此，凭着个人的钻孔工作经验和方法，同大家浅析钻孔工艺的一些品质故障排除。
在制造业中的不良品都离不开人、机、物、法、环五大因素。
同样，在钻孔工艺中也是如此，下面把钻孔用鱼骨图分列出影响钻孔的因素。
在众多影响钻孔加工阶段，施于各项不同的检验方法.4.3钻孔常见不良问题,原因分析和改善方法=0.025kg/M2,1UM孔铜厚板铜球耗量8.图电A．图电铜光剂标准耗量计算3.????图电铜光剂(现铜光剂KA.H耗量为200ml/KA.H)4.????图电电流密度平均16ASF，时间60分钟,电镀面积75%.11.图电锡光剂的标准耗量:1M2光剂消耗量计算如下电锡电流密度平均12ASF,时间11MIN,联鼎/正天伟光剂添加量370ML/KAH, 生产面积（M2）×10.76×电流密度（ASF）×时间（M）×2面×370Χ75%不需要处理后续废弃薄膜因此，℃，相对湿度为程度也不易掌握好增加了曝光困难．故操作时务必仔细。
另外，湿膜中的助剂、溶剂、引发剂等的挥发，对环境造成污染，尤其是对操作者有一定伤害。
因此，工作场地必须通风良好。
使用的液态光致抗蚀剂，涂覆操作时应注意以下几方面）若涂覆层有针孔，可能是光致抗蚀剂有不明物，应用丙酮洗净且更换新的抗蚀剂。
也可能是空气中有微粒落在板面上或其他原因造成板面不干净，应在涂膜前仔细检查并清洁。
该工序操作应注意）预烘后，板子应经风冷或自然冷却后再进行底片对位曝光。
曝光工序操作注意事项）曝光机抽真空晒匣必不可少，真空度机器显影配方及工艺规范1.2%??3kg/cm2操作时显像点该工序操作注意事项）若生产中发现有湿膜进入孔内，需要将喷射压力调高和延长显影时间。
通过工艺优化消除线路板沉银层缺陷及其根本原因分析2006-11-10——姚永恒工程师确信电子摘要：沉银工艺已经成为印制线路板主要的最终表面处理方式之一。
随着它的成功应用,在PWB制造厂商和装配厂商中得到了相当多的有关使用性能的信息。
由于先进高密度互联技术的线路板对低缺陷率的严格要求,我们对亚洲主要的使用厂商进行了为期一年(到2005年7月为止)的调查。
基于这个调查结果,本文主要探讨造成银层缺陷的最普遍原因和如何通过优化沉银工艺来减少在量产时的各种缺陷。
关键词：酸性镀锡；专用处理剂一、调查本调查共有93家厂商(包括64家PWB制造厂商和29家装配厂商)参与,根据他们的反馈,造成缺陷或报废有6个主要的原因,相应数据如下表所示:很明显,因为印制线路板完成装配后不能重工,所以因微空洞而报废所造成的成本损失最高。
虽然其中有八个PWB 制造厂商因为客户退件而注意到了该缺陷,但是此类缺陷主要还是由装配厂商提出。
可焊性问题根本没有被PWB制造厂商报告过,只有三家装配厂商误将发生在内部有大散热槽/面的高纵横比(HAR) 厚板上的”缩锡”问题(是指在波峰焊后焊锡只填充到孔深度的一半)归咎于沉银层。
经由原始设备商(OEM)针对此问题更深入的研究验证,此问题完全是由于线路板设计所产生的可焊性问题,与沉银工艺或其他最终表面处理方式无关。
二、根本原因分析通过对造成缺陷的根本原因分析,可经由工艺改善和参数优化相结合的方式将这些缺陷率降到最低。
贾凡尼效应通常出现在阻焊膜和铜面之间的裂缝下。
在沉银过程中,因为裂缝的缝隙非常小,限制了沉银液对此处的银离子供应,但是此处的铜可以被腐蚀为铜离子,然后在裂缝外的铜表面上发生沉银反应。
因为离子转换是沉银反应的源动力,所以裂缝下铜面受攻击程度与沉银厚度直接相关。
2Ag+ + 1Cu = 2 Ag + 1Cu++ (+ 是失去一个电子的金属离子)下面任何一个原因都会形成裂缝:侧蚀/显影过度或阻焊膜与铜面结合不好;不均匀的电镀铜层(孔口薄铜处);阻焊膜下基材铜上有明显的深刮痕。
腐蚀是由于空气中的硫或氧与金属表面反应而产生的。
银与硫反应会在表面生成一层黄色的硫化银(Ag2S)膜,若硫含量较高,硫化银膜最终会转变成黑色。
银被硫污染有几个途径,空气(如前所述)或其他污染源,如PWB包装纸。
银与氧的反应则是另外一种过程,通常是氧和银层下的铜发生反应,生成深褐色的氧化亚铜。
这种缺陷通常是因为沉银速度非常快,形成低密度的沉银层,使得银层低部的铜容易与空气接触,因此铜就会和空气中的氧产生反应。
疏松的晶体结构的晶粒间空隙较大,因而需要更厚的沉银层才能达到抗氧化。
这意味着生产中要沉积更厚的银层从而增加了生产成本,也增加了可焊性出现问题的机率,如微空洞和焊接不良。
露铜通常与沉银前的化学工序有关。
这种缺陷在沉银工艺后显现,主要是因为前制程未完全去除的残留膜阻碍了银层的沉积而产生的。
最常见的是由阻焊工艺带来的残留膜,它是在显影液中显影未净所致, 也就是所谓的“残膜”,这层残膜阻碍了沉银反应。
机械处理过程也是产生露铜的原因之一,线路板的表面结构会影响板面与溶液接触的均匀程度,溶液循环不足或过多同样会形成不均匀的沉银层。
离子污染线路板表面存在的离子物质会干扰线路板的电性能。
这些离子主要来自沉银液本身(残存在沉银层或在阻焊膜下)。
不同沉银溶液离子含量不同,离子含量越高的溶液,在同样的水洗条件下,离子污染值越高。
沉银层的孔隙度也是影响离子污染的重要因素之一,孔隙度高的银层容易残存溶液中的离子,使得水洗的难度增大,最终会导致离子污染值的相应升高。
后水洗效果同样会直接影响离子污染,水洗不充分或水质不合格都会引起离子污染超标。
微空洞通常直径小于1 mil,位于焊料和焊接面之间的金属界面化合物之上的空洞被称为微空洞,因为它实际上是焊接面的“平面空泡群”,所以极大的减小了焊接结合力。
OSP、ENIG以及沉银表面都会出现微空洞,其形成的根本原因尚未明确,但已确认了几个影响因素。
尽管沉银层的所有微空洞都发生在厚银(厚度超过15 μm)表面,但并非所有的厚银层都会发生微空洞。
当沉银层底部的铜表面结构非常粗糙时更容易产生微空洞。
微空洞的发生似乎也与共沉积在银层中的有机物的种类及成分有关。
针对以上所述之现象,原始设备厂商(OEM)、设备生产服务商(EMS)、PWB制造厂商以及化学品供应商进行了数个模拟条件下焊接研究,但没有一个能够彻底消除微空洞。
三、预防措施预防措施的制订需要考量实际生产中化学品和设备对各种缺陷的贡献度,才能避免或消除缺陷并提升良品率。
贾凡尼效应的预防可以追溯到前制程的镀铜工序,对高纵横比孔和微通孔而言,均匀的电镀层厚度有助于消除贾凡尼效应的隐患。
剥膜,蚀刻以及剥锡工序中的过度腐蚀或侧蚀都会促使裂缝的形成,裂缝中会残留微蚀溶液或其他溶液。
尽管如此,阻焊膜的问题仍是发生贾凡尼效应的最主要原因,大多数发生贾凡尼效应的缺陷板都有侧蚀或阻焊膜脱落现象,这种问题主要来自于曝光显影工序。
因此如果阻焊膜显影后都呈“正向脚”同时阻焊膜也被完全固化,那么贾凡尼效应问题就几乎可以被消除。
要得到好的沉银层,在沉银的位置必须是100%金属铜,每个槽溶液都有良好的贯孔能力,而且通孔内溶液能够有效交换。
若是非常精细的结构,如HDI 板,在前处理和沉银槽液中安装超声波或喷射器非常有用。
对于沉银工艺生产管理而言,控制微蚀速率形成光滑、半光亮的表面也可以改善贾凡尼效应。
对于原始设备商(OEM)而言,应尽量避免大铜面或高纵横比的通孔与细线路相连接的设计,消除发生贾凡尼效应的隐患。
对化学品供应商而言,沉银液不能有很强的攻击性,要保持适当pH值,沉银速度受控并能生成预期的晶体结构,能以最薄银厚达到最佳的抗蚀性能。
腐蚀可以通过提高镀层密度,降低孔隙度来减小。
使用无硫材料包装,同时以密封来隔绝板与空气的接触,也防止了空气中夹带的硫接触银表面。
最好将包装好的板存放在温度30℃、相对湿度40%的环境中。
虽然沉银板的保存期很长,但是存储时仍要遵循先进先出原则。
露铜可以通过优化沉银的前工序来降低或消除。
为了达到这个目的,可在微蚀后通过“破水”实验或“亮点”实验来检查铜表面,清洁的铜表面可以保持水膜至少40秒。
定期维护保养设备以确保溶液循环均匀稳定,通过DOE优化时间、温度、搅拌来获得最佳的沉银操作参数,进而确保得到理想的厚度和高品质的银层。
根据需要使用超声波或喷射器来提高沉银液对微通孔、高纵横比孔及厚板的润湿能力,同时也为生产HDI板提供可行的解决方案,这些辅助的机械方法可被应用在前处理和沉银液中来确保孔壁完全被润湿。
离子污染可通过降低沉银溶液的离子浓度来降低。
基于这个原因,在不影响溶液性能的条件下,沉银液的离子含量应尽可能保持在较低水平。
通常最后的清洗段要用去离子水清洗至少1分钟,同时还必须定期检测离子含量(阴离子和阳离子)是否符合工业标准。
区别主要污染的来源,这些测试的结果必须记录并保留。
微空洞是最难预防的一种缺陷,因为它产生的真正原因尚未明确。
诚如前面所述,我们已经知道有些因素似乎会引发微空洞或伴随微空洞而出现,可以通过消除或尽量减少这些因素来达到控制出现微空洞问题。
其中沉银厚度是引发微空洞的最显著因素,所以控制沉银层厚度是首要步骤。
其次还应该调整微蚀速度和沉银速度以获得光滑均匀的表面结构。
还要通过测试槽液在使用周期内不同时间点的沉银层的纯度,来监控沉银层中的有机物含量,合理的银含量应控制在90% (原子比) 以上。
四、理想工艺- AlphaSTAR一个“理想工艺”除了是性能优异之外,还必须满足2006年7月1日公布的电子工业对于安全、环保以及可靠性的要求。
虽然早在1994年乐思化学就拥有AlphaLEVEL产品系列的专利权,但是乐思化学依旧持续不断的进行着工艺的改善和研发,现已成功研发出应用于印制线路板的第三代沉银技术—AlphaSTAR。
AlphaSTAR工艺特别为满足当今日益严格的最终表面处理的要求而设计,它解决了以上探讨的几个导致线路板报废、成本增加、环保和安全等问题，并且符合现在和未来可能影响印制线路板工业的相关法规。
本工艺共有7个步骤(其中三个为水洗步骤),其性能及优点如下所述:前处理分为以下四个步骤:除油、水洗、微蚀及水洗。
除油溶液的表面张力非常低，能够润湿所有的铜表面，这样既消除了露铜问题，又促进了银层在高纵横比孔和微通孔内的沉积。
独特的微蚀配方可产生微粗化，半光亮的表面结构，这样的表面结构有利于形成具有精细而且致密的晶体结构的银层,因此即使在银层厚度很低时也可获得高密度、低孔隙的沉银层。
这就大大提高了银层的抗蚀性能。
沉银分为以下三个步骤:预浸、沉银和最后的去离子水洗。
设立预浸的目的有三个，一是用作牺牲溶液,防止从微蚀槽带进铜和其他物质污染沉银液，二是为沉银置换反应提供清洁的铜面,使铜面获得与沉银液中相同的化学环境和pH值。
由于预浸的成分和沉银液一样(除了金属银外)，此工序的第三个功能就是对沉银槽的自动补充。
在沉银反应中唯一消耗的是金属银,沉银液中有机组分含量的变化仅仅是由槽液带出所造成的损失，而预浸和沉银溶液有同样的成分,预浸带进的量等于沉银带出的量,因此沉银液不会积聚不必要的有机物。
沉银反应是通过铜和银离子之间的置换反应进行的。
经过AlphaSTAR 微蚀溶液微粗化处理的铜表面，可以确保在受控的沉银速度下能够缓慢生成均匀一致的沉银层。
慢的沉银速度有利于沉积出致密的晶体结构，避免了由于沉淀和结块而产生的微粒增长,形成高密度的银层。
这种结构紧密，厚度适中(6 - 12u”)的银层不仅具有高的抗蚀性能,同时也具有非常良好的导电性能。
沉银液非常稳定，有很长的使用周期,对光和微量卤化物不敏感。
AlphaSTAR的其他优点如:大大缩短了停工期，低离子污染以及设备成本低。
五、结论AlphaSTAR工艺集中了几种最终表面处理的最佳性能，它满足并超越了全球印制线路板工业对可焊性，可靠性，安全性以及符合法规的要求。
AlphaSTAR工艺有宽阔的操作窗口;易于操作、控制及维护，可进行返工操作,在同类最终表面处理中生产成本最低。
AlphaSTAR 工艺针对以上探讨的六个与沉银工艺相关的问题，消除或减少了这些问题对高品质产品的直接影响。
另外此工艺符合RoHS 和WEEE 的规定，沉银层完全无铅。
