一种PCB电镀铜颗粒成因及机理分析

  板镀有两种电镀方式；电镀一次镀够和正常板电镀。电镀一次镀够板和正常板在流程上的主要区别是一次镀够板采用电镀薄板架方式上板，根据流程进行模拟对比试验，找出产生问题的原因。

  机理分析：在沉铜槽中会出现化学镀铜浴的分解，有时被认为是“触发”作用，它是从化学镀铜浴内快速镀出铜造构成的。其本质上是因铜的还原反应已失去控制，一旦开始就难以停止；其最终结果是镀槽上都镀上了铜。在使用未及时剥挂的沉铜挂篮生产时，由于多次使用，挂篮上特氟龙材质的隔离线上会累积更多的活化液 ，在线的附近就会形成一个区域性的“触发”现象，使得化学镀铜层触发分解而附在这些部位的上面；由于快速的沉积也使得这一些地方上沉积的铜层松散，而且有细微毛刺和凸起，电镀时就会放大而形成铜粒。

  表2 挂具层别试验方式（挂具） 控制点连续使用的薄板挂篮上板 上正常板镀板上一次镀够板普通挂篮上板 上正常板镀板上一次镀够板剥挂干净的薄板挂篮上板 上正常板镀板上一次镀够板

  采用金相显微镜观察铜面的表观状况，识别出铜颗粒的结晶大小及颗粒的严重程度。

  表3 因数正交试验结果线别 因数 水平 是否有铜颗粒沉铜 沉积数率的影响 正常 否高沉积速率 是（严重）沉铜加速的影响 正常 否活化后不加速 是（严重）板镀 板镀酸浸影响 正常 否不处理 是（轻微）板镀除油影响 正常 否不处理 是（轻微）

  ③物料方面主要是磷铜角磷含量和磷分布均匀性的问题；生产维护方面主要是大处理，铜球添加时掉入槽中，碳处理时阳极清洗和阳极袋清洗不好，存在一些隐患。碳处理时应将铜球表面清理洗涤干净，并用双氧水微蚀出新鲜铜面，阳极袋应先后用硫酸双氧水和碱液浸泡，清理洗涤干净，特别是阳极袋要用5-10微米间隙PP滤袋。

  通过以上4因数2水平的正交试验，试图找出导致电镀铜颗粒的最大影响因数，再现铜颗粒产生的原因。

  表1 因数正交试验线别 因数 水平沉铜 沉积数率的影响 正常高沉积速率沉铜加速的影响 正常活化后不加速板镀 板镀酸浸影响 正常不处理板镀除油影响 正常不处理

  从表3能够准确的看出通过异常放大后的实验都有铜颗粒的产生，但是从以上不良点分布看和本文所要阐述的问题不一致，呈无规律分布，严重程度上看沉铜影响因素较大。

  以表4能够准确的看出连续使用的薄板挂篮生产的一次镀够的板有和本文所阐述相同的缺陷.

  表4 挂具层别试验结果方式（挂具） 控制点 是否有铜颗粒连续使用的薄板挂篮上板 上正常板镀板 是（轻微）上一次镀够板 是普通挂篮上板 上正常板镀板 否上一次镀够板 否剥挂干净的薄板挂篮上板 上正常板镀板 否上一次镀够板 否

  在PCB电镀生产的全部过程中主要缺陷有以下几种，铜粒，凹痕、凹点、板面烧焦、层次电镀、表面氧化等；在这几种表面缺陷中铜粒的影响极为严重，且难以修理和返工。现对全板硫酸铜电镀后出现的一种有规律的板面铜颗粒的产生原因，及其反应机理分析，以便解决此类问题。

  （2）板镀工艺可能会导致的板面铜粒。酸铜电镀铜缸造成板面铜粒的原因大概归纳为几方面：

  ①槽液参数维护方面，包括硫酸含量过高，铜含量过低，槽液温度低或过高，特别没有温控冷却系统的工厂，此时会造成槽液的电流密度范围下降，按照正常的生产的基本工艺操作，可能会在槽液中产生铜粉，混入槽液中。

  ②生产操作方面主要打电流过大，夹板不良，空夹点，槽中掉板靠着阳极溶解等同样会造成部分生产板电流过大，产生铜粉掉入槽液，逐渐产生铜粒故障。

  综合以上分析，将生产控制点全面排查后，发现在生产薄板（一次镀够板）所使用的沉铜挂篮和板镀在挂篮上隔离线对应的板面上都有挂篮印，板镀后板面的铜粒也绝大多数都是一条一条的分布（图2）。

  缺陷图1的镀铜缺陷分析，不良处铜颗粒的分布具有一定的规律成条状分布，不是整板随机分布。

  （1）化学镀铜工艺可能会导致的板面铜粒。化学镀铜流程中若有某个参数出现偏差都有出现铜颗粒可能，除板面氧化造成的以外，一般在板面上分布较为均匀，规律性较强，且在此处产生的污染无论导电与否，都会造成电镀铜板面铜粒的产生.

  这一反应机理假设可以解释试验事实：铜粒形态是有规律的；铜粒内未包裹杂质，为实心铜粒。