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线边锯齿之线表凹坑的成因与解困

集萃丝印特印网  发布时间:2011-03-08 00:00:00  阅读:1295  评论:


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    【集萃网观察】二铜操作中被镀之线路表面发生凹坑异常时,其情形可能有:

  表面附着外来的固体污物者,镀后会形成点状或不规则状的陷坑。

  出现气泡的附着(氢气或空气)者。会形成半圆形或半球状的锥状凹陷(Spherical pits),台湾业者曾戏称此者为子弹孔。

  事实上硫酸铜槽液之酸性镀铜,对于待镀表面的任何污染都极度敏感,不信的话您可用手指轻触其某一待镀区,镀后钢面上将毫不客气,忠实留下原来的指纹。即使戴了橡皮手套去摁摸,酸铜还是照样是不给面子,镀后亦将应声下凹表演缺陷给你看!

  1.固体粒子附着所造成的不规则凹陷

  干膜光阻在二铜槽液中长时间浸泡冲刷下,难免会发生碎小颗粒的崩落与浮游,且槽液中还有其它灰尘、粉屑、油渍等固体粒子的为非作歹。一旦不幸吸附在待镀区时,就会形成不当的意外阻剂,使得该处铜层的增长受到阻碍,进而形成不规则的凹陷。上图14即为此等下凹的实际昼面与另绘截面图的解说示意情形。

  上述槽液为免于固体粒子的困扰者,除了慎选干膜与加强循环过滤外,还应对周围环境妥善管理,以杜绝浮游粒子的来源,如此方能排除此种线表不规则凹陷的发生。

  2.气泡附着所形成的球面凹陷

  二铜操作中处于阴极的待镀板,难免会发生气泡的出现与附着,万一不幸被横向线路的干膜阻剂所吸着又逐渐膨大时,则在其阻止二铜的生长情形下,就会造成线表的球面凹坑(Gas bubble Pit),离谱时甚至还将占据整个线宽。只有当浮力超过附着力之下才会逸走,否则就必定会妨碍二铜的生长。下图15即为此等球坑的实像与其示意说明。

  此等球坑虽有深浅的不同,但绝大多数当板面处于槽中直立时,出现于其横向线路阻剂的下缘,是“细碎气泡” 沿板面爬升时被“横列光阻”所挡住了去路,进而抑制二铜生长所形成的。这就是球坑之所以集中在二铜横线或横垫上侧的原因。气泡愈早被冲走者其球坑或点坑(pits)就愈小或愈浅,另者阻剂愈厚时球坑点坑也将变大变深。然而板面其它亘列线路与大铜面上,却都很少发生此等凹坑。

  此为槽液中细碎气泡沿板面爬升,而被横线上的干膜厚皮所阻,且因某些品牌的干膜又特别容易吸引气泡的附着,造成二次铜后出现如此形同杵臼锥圆的凹坑,其外貌颇似炸弹坑,台湾业者所流传的“子弹孔” 其实并不足以传神。唯有降低镀液中气体的过量溶入,并减少其过滤机回水再释放微泡的爬行板面,才是根本解决之遗。

  经过杜邦公司研究员R Olson的长期观察与模拟再现过程,发现此种球坑的主要成因,是槽液中溶入气体之过饱和(Supersaturation)所致。

  凡当槽液中的“溶气”发生了过饱和,则当槽液所受压力减轻时,就会释放出许多碎小的气泡,并治着板面或槽壁缓缓浮升。

  一旦过滤循环的泵浦或管道中,不经意有吸入空气或吹气时,在高压泵浦的逼迫与叶片打碎下,会暂时性的迫使气体超量溶入槽液,埋下了“过饱和’的恶因。当此过滤循环的水体又冲回到镀槽并向上涌起时, 在其压力减轻中,使得原本已经过饱和的空气,再次以众多细碎型态被释放出来(De-gassing)。此种“放气” 行为多半发生直立的板面或槽壁上,且上升中体积会逐渐变大,亘到水面上才又消失在大气中。此现像与饮用汽水中的气泡,沿着杯壁的上升并无不同。

  另外在槽液中刻意加装的吹气搅拌,也是“过饱和”的来源之?。此种大型气泡虽不是主凶,但却绝对不可被吸入到过滤系统中,否则经过吸入压缩与喷出减压的历程后,必定会形成漫无目标为数众多的‘细碎气泡”,此种已被杜邦再现过的罪魁祸首,必须戒慎恐惧敬鬼神而远之。

  一般干膜光阻多少会有吸引气泡的毛病,怪异的是某些品牌却别具强烈吸牢气泡的倾向,也就是较容易出现“下种点”(Nucleation sites)而诱使气泡的附着,其真正原因目前难明。但其等之亲水性、疏水性或表面瑕疵等参数,多少都会影响气泡的附着。

  有时通孔中也会发生氢气或空气气泡的聚集,甚至还会从两端孔日冒出并向上滑行,造成一铜或二铜表面出现彗星尾状的条纹升起。幸好酸性铜槽液的电流效率极高(Cell Efficiency,含阴极效率与阳极效率),其副产的氢气与氧气并不多,尚不致对球坑点坑提供太大的成因,不过有时也会造成干膜附着力的劣化。一般当电流密度太高或整流器的不良涟波或纹波(RIPPle)太大时,其副产的氢氧气也会较多。

  整流器输出的直电(DC)中,难免会夹杂一些品质不良的交流(AC)成分。对于精品电镀制程而言,此种残余交流的败类不可太多,通常高阶电镀制程在涟波之电压(r)数据方面规格,是以输出直流电压的1%为其上限。

  3.气泡球坑之对策

  由前可知细线之表面点坑或球坑,是由于大小气泡附着所造成;而其解困方法则可区分成事先过饱和的避免,及事后板面气泡的排除。前者为积极的预防,后者则为消极的解困,现分述于后:

  3.1避免过滤机人水口吸进‘’吹气搅拌” 的多量气泡,须将过滤机的各抽口尽量远离吹气机的吹出口,减少气泡被直接抽进过滤机系统,避免其造成致命的过饱和。且过滤机的进水口要尽接近槽底,使在较大压力的环境中减少气泡的存在与吸入。至于出水口则可放置较高或接近槽底的位置均可。

  3.2在过滤机入口管路中加装“气/液” 分离机(Gas/Liquid Baffle or SePerator),以尽量防止气泡的进入。并仔细检查与修妥管道或密封泵浦的漏气与空转情形。管道的弯头或转角要愈少愈好,进水口的口径则愈大愈好,以增强其吐出口的正压水力。并在过滤机回水管道的上方设置泄气活门,以每班须定时释放掉长期所累积的气体。

  此为酸性铜过滤机与其管道之建议安装示意图,为减少气泡混入或为达打空而出现的气泡聚集起见,可在管道顶部设置隆起的活门,以定时执行人工排气,降低气泡在高压中的过度溶解。

  3.3可将挂架进行垂直弹跳式的振动,或定时间举起与摔落(ThumPing)挂架或汇流排(Bus Bar),利用突然的震动使板面或孔内所聚集的气泡被强力拉脱分离。经实地量产之现场试作中,发现此种土法炼钢还颇为有效。

  3.4新设镀槽时,可在槽体一端加设溢流之夹层,让过滤机的进口水从夹层中取水,于是吹气的气泡当然就不会再进入过滤系统了。亦可在现有之槽中减少吹气,或另外加装“强流器(Eductor)”,以补强其搅拌效应之不足。

  3.5加大各板架或排板的间距,减少气泡聚集的可能性。增加板面往复移动搅拌的冲程,或改成瞬间上下式的垂直移动,或在汇流杆(Bus Bar)的鞍座加装震荡器,以降低板面上气泡的附着。

  3.6酸性铜槽液中的吹气,一般了解是为了槽液搅拌与赶走氢气;但吹气另外的功能却是在减少添加剂的耗损。因其中光泽剂(Brightener) 的“双硫部分”,会被阴极氢气还原成为单硫而失效,吹气中的氧气将由于氧化作用而减少此种损失。有时也可多加一些润湿剂(Wetter)以减少细碎气泡的附着,但添加剂中的载运剂(Carrier)与平整剂(Leveller)两者皆具有润湿功用,巨后者的效力还远大于前者。不幸的是Leveler加多后将会造成镀铜层延伸率(Elongation)的降低,对于热应力(Thermal Stress)试验的过关又将十分不利,是故此种做法也不可冒然行之。

  酸性铜三种添加剂(Additives) 中,其载运剂(聚醚类)除稍具光泽效果外,更可将阴极表面厚度不均的阴极水膜儿(Cathode Film),转变由聚醚槽液所组成且更为均厚的扩散层(Diffusion Layer)。如此当铜离子奔向阴极表面时,将使得原本路途的远近的差异,因Carrier的加入而得以拉近。也就是说此物可压抑住突出点高电流区的镀铜的成长,但对凹陷的低电流区却不致影响,因而可令镀铜表面渐趋于平滑均匀。

  另就平整剂(聚胺类)而言,比起载运剂来还要更具正电性,故更容易着落在阴极表面负电性较强的突出点。使得后来带正电的铜离子,在此等突出点登陆机会为之减少,因而让镀铜层外表将变得更为平坦。通常Leveller的整平效果比Carrier更好,但却也对镀铜层的物理性质带来负面效果。

  五、结论

  大排板表面细线(3mil以下)的制作,尤其是外层板二次镀铜的细线,其困难度远超过小孔或盲孔。上述内外层细线的瑕疵,只是成线流程后段的特例。事实上众多资深业者中,又有何人得以免于灾难?谁个成长又皆全然出自顺遂?锯齿与凹坑之于电路板堪称无人无之!鸡瘟一来满坑满谷的芝麻酒窝与齿痕,怎不令人色变胆寒!幸而两大成因已明,干膜的曝光显像是其?,细碎气泡的附着为其二,业者按图索骥之下问题自应可以纾解。

  至于其它各种品质缺失,也均有其特定的病根,业者们必须广读相关资料深入观察与细心实地改善,方可循序渐进而有所斩获。盲目臆测大胆蛮干屡败屡战的“傻劲”,徒然只能增加一些粗浅的经验而已,距离实情真相与彻底解困却永远是遥不可及!

  来源greattong

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