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硬金板绿油脱落问题的研究及解决办法 |
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| 作者：佚名 文章来源：全网电子 点击数： 更新时间：2006-9-12 |
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一、 前言
金作为一种贵金属，具有良好的可焊性，耐氧化性，抗蚀性，接触电阻小，合金耐磨性好等优良特点,因此被广泛应用在PCB制造行业中，随着通讯、数码产品的飞速发展，其中化学镍金+电镀硬金工艺被大量应用于手机电池、计算机卡板等插取设备中，由于此工艺表面处理为化学镍金，但插头部分需电至少30micro inch的硬金，故要求防焊油墨能抵挡镀金与化学镍金药水的双重攻击，在现场生产过程中经常遇到所电PAD边油墨起泡问题，如下图所示，本文从防焊制程的角度对电镀硬金过程中绿油脱落问题进行分析，并提出了相关的解决办法。
二、 试验测试过程
1、 试验条件及变量选择
由于掉油主要与油墨本身的性能、制程参数有直接的关系，具体见鱼骨图，试验过程中采取挑选目前抗化学镍金性能较佳的三种油墨不同的条件进行试验，根据以往一些经验及板子实际情况，选择最为相关的参数和条件；①油墨厚度 ②后烤时间 ③是否增加UV固化,相关因子及水平如下表：
表一
|
序号 |
相关因子 |
水平1 |
水平2 |
|
a |
油墨厚度(线路上) |
0.7mil |
1.2mil |
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b |
后烤时间 |
60min |
120min |
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c |
UV固化 |
Yes |
NO |
|
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油墨 |
|
电镀硬金 |
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抗化学镍金能力差 |
电镀铜电流密度太高 |
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铜面油墨太薄 |
预烘烤温度太低，时间太短 |
金含量太低 |
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曝光能量太低、显影速度太快 |
二次干膜贴膜不良 |
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|
后烘烤不足或过度
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防焊至化学镍金板子放置时间太长 |
沉NI/AU药水攻击太强 |
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存板环境有酸雾 |
药水温度太高 |
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操作方法 |
化学镍金 |
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2、 试验过程
① 根据DOE正交试验法，共有3个变量2个水平，正交后每种油墨为8个试验，三种油墨共24个试验。
② 采用16〞×20〞，厚度为1.0mm的掉油问题较为严重的一款板进行试验。
3、 试验流程：
防焊à沉镍金à二次干膜à电镀硬金à退膜
4、 试验参数
● 前处理：
尼龙针辘磨刷：320#*2，600#*2
酸洗浓度：H2SO4 4%
刷压电流：2.8~3.0Amp
● 使用油墨：
不同供应商的A、B、C三种油墨
● 丝印
三种油墨分别丝印一次和两次，使油墨厚度分别达到0.7mil和1.2mil左右，以评估油墨厚度对防焊起泡脱落的贡献度。
● 预烘烤
采用单门立式烤炉，温差在±3℃以内
表二：
|
油墨种类 |
第一面 |
第二面 |
|
温度 |
时间 |
温度 |
时间 |
|
A |
75 |
25 |
75 |
40 |
|
B |
75 |
25 |
75 |
40 |
|
C |
80 |
20 |
80 |
30 |
注：以上参数均为供应商提供之最佳参数
● 曝光：
曝光尺格数：13级 （21级曝光尺）
● 显影：
Na2CO3浓度：1.0%
Na2CO3温度：31℃
显影时间：70sec
Under Cut：0.5~1.5mil
● 后烘烤
按表一
● 化学镍金
|
名称 |
溶液组成工作参数 |
|
|
控制成分 |
控制范围 |
控制点 |
|
|
除油 |
H2SO4 |
40-60ml/L |
50ml/L |
|
|
微蚀 |
H2SO4(98%) |
15-30ml/L |
20ml/L |
|
|
Na2S2O8 |
80-120g/L |
100g/L |
|
|
CU2+ |
4-20g/L |
|
|
|
微蚀后浸 |
H2SO4 |
40-60ml/L |
50ml/L |
|
|
|
预浸 |
H2SO4 |
40-60ml/L |
50ml/L |
|
|
|
活化 |
Pd |
45-55ppm |
50ppm |
|
|
|
H2SO4 |
40-55ml/L |
50ml/L |
|
|
|
后浸 |
H2SO4 |
40-55ml/L |
50ml/L |
|
|
化学镍 |
Ni |
95-105%(5.7-6.3g/l) |
100% |
|
|
NaH2PO2 |
20-45g/L |
30.0g/L |
|
|
PH |
4.7-5.3 |
4.8 |
|
|
Na2HPO3 |
<150g |
|
|
|
温度 |
80-90℃ |
85℃ |
|
|
化学金 |
Au |
1.7-2.3g/L |
2.0g/L |
|
|
PH |
4.0-5.5 |
|
|
|
温度 |
82-90℃ |
88℃ |
|
表三：化学镍金参数表
● 二次干膜
上、下胶辊温度：115℃
贴膜速度： 1.0m/min
贴膜压力： 65PSI
曝光尺格数：8级 （21级曝光尺）
● 电镀硬金
|
缸名 |
成份 |
控制范围 |
控制点 |
|
酸洗 |
HCl |
1%-2% |
1.5% |
|
镀金 |
Au |
4-8g/l |
6g/l |
|
PH |
4.6-4.8 |
4.7 |
|
SG |
1.09-1.11 |
1.105 |
|
Co |
1.0-2.0g/l |
1.5g/l |
表四：电镀硬金参数硬金厚度50u’’
● 退二次干膜
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NaOH温度 |
52℃ |
|
速度 |
1.0m/min |
|
NaOH浓度 |
4% |
表五：退膜参数
三、试验结果及讨论
经过DOE试验，各种油墨的掉油情况见下表：
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油墨型号 |
序号 |
油墨厚度
(铜面上，
单位：mil)) |
后烤时间 |
UV固化 |
电硬金位是否掉油
（3M Peeling Test) |
|
A |
1 |
0.7 |
60min |
YES |
△ |
|
2 |
0.7 |
120min |
NO |
△ |
|
3 |
0.7 |
60min |
NO |
△ |
|
4 |
0.7 |
120min |
YES |
△ |
|
5 |
1.2 |
60min |
YES |
○ |
|
6 |
1.2 |
120min |
NO |
△ |
|
7 |
1.2 |
60min |
NO |
○ |
|
8 |
1.2 |
120min |
YES |
△ |
|
B |
9 |
0.7 |
60min |
YES |
× |
|
10 |
0.7 |
120min |
NO |
× |
|
11 |
0.7 |
60min |
NO |
× |
|
12 |
0.7 |
120min |
YES |
× |
|
13 |
1.2 |
60min |
YES |
△ |
|
14 |
1.2 |
120min |
NO |
△ |
|
15 |
1.2 |
60min |
NO |
× |
|
16 |
1.2 |
120min |
YES |
× |
|
C |
17 |
0.7 |
60min |
YES |
× |
|
18 |
0.7 |
120min |
NO |
× |
|
19 |
0.7 |
60min |
NO |
× |
|
20 |
0.7 |
120min |
YES |
× |
|
21 |
1.2 |
60min |
YES |
△ |
|
22 |
1.2 |
120min |
NO |
△ |
|
23 |
1.2 |
60min |
NO |
× |
|
24 |
1.2 |
120min |
YES |
△ |
△：轻微， ×：严重 ，○：良好
由以上试验结果发现
1. 使用油墨B、C不适合沉镍金+电硬金工艺均有严重起泡，3M胶纸测试后严重掉油，但A油墨只有在油墨厚度较厚、后烤时间短的情况下没有起泡掉油现象 ，改变其他条件的均有不同程度的掉油，只是没有其他两种油墨严重，
2. 铜面与防焊交界处油墨越薄脱落的现象越严重；
3. 此类工艺的板子，可考虑后烘烤之后过UV固化，以保证防焊油墨与铜面结合更紧密。
4. 后烘烤对掉油也有一定的贡献度，如烘烤时间过长，将导致防焊油墨脆化，使掉油严重。
四、结论
通过此次试验，说明选择的几个相关因子对起泡掉油均有一定的贡献度，其中选择抗化学镍金药水能力强的油墨对制作沉镍金+电硬金工艺非常重要，另外只要防焊油墨够厚（1mil以上）则抵抗化学镍金及电镀硬金的能力就够强，在化学镍金前的烘烤时间不宜太长（不可超过120min）,在条件允许情况下此类板子最好过UV固化，对于某些板如能更改工艺，则尽量避免使用化学镍金+电硬金的工艺，比如由化学镍金+电硬金改为电镀薄金+电硬金，由此可减轻化学药水对铜面交界处防焊的攻击，进而改善起泡脱落的问题。
本文只是从防焊的角度考虑问题，其实电镀厚金对绿油脱落也有较大的影响，如电金缸中金的含量太低及电流密度太高会导致电镀效率不足，从而产生氢气气泡太多，此类微小的气泡会渗入防焊底部造成油墨起泡掉油，故电金工序也不可忽视。由于本人知识面有限，如有不足之处请批评指正。 |
| 文章录入：高琨 责任编辑：高琨 |
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