电镀知识

本文讨论的是印制板镀铜工艺中铜镀层出现针孔的原因，并提出查找铜镀层针孔的途径，供参考。 一 铜镀层出现针孔的可能原因：

镀液中氯离子太低、空气搅拌不均匀、镀液中有颗粒状杂质、镀液中存在有机物污染，板面有污染情况。

二 查找铜镀层针孔的途径：

1. 空气搅拌不均匀：分析铜镀层针孔原因首先检查空气搅拌系统方面是否正常；如搅拌不均匀，会影响过滤系统的过滤效果。可用光板试镀，加强过滤后，试镀的光板如果铜镀层无针孔，表明是由于空气搅拌不均匀的原因所致，加强空气搅拌来解决；如果铜镀层仍有针孔，可从其它方面检查。

2. 镀液中氯离子太低：分析铜镀层针孔原因的第二方面从镀液氯离子方面检查，分析镀液中氯离子的浓度；氯离子是磷铜阳极的活化剂，可帮助磷铜阳极正常溶解，当氯离子的浓度低于20毫克/升时，会产生条纹状粗糙镀层，出现针孔和烧焦现象。如果氯离子太低，可通过添加盐酸来解决，用光板试镀，如果光板的铜镀层仍有针孔，再从其它方面检查。

3. 镀液中有颗粒状悬浮物：观察针孔的形状，如果呈不规则状，表明是有颗粒状悬浮物所致；首先，加强过滤，再用光板试镀，如果铜镀层无针孔，表明是镀液太脏所致；如果铜镀层仍有不规则针孔，表明是由上工序带来的颗粒状物。如果经过光板电镀后没有发现针孔，再用钻过孔的板进行电镀看是否有针孔现象。

4. 镀液中有有机物污染：观察针孔的形状，如果呈圆孔状，表明是有有机污染物所致；首先，采用碳处理，用光板试镀，如果光板中铜镀层中无针孔，表明是镀液中有有机物污染，可能是铜光亮剂及其它试剂所致；如果光板中铜镀层中仍有针孔，表明是由上工序所致。可用光板只印线路图试镀，如果铜镀层无针孔，表明是由油墨、显影剂残留物所致；如果铜镀层无针孔，可检查其它工序。

5.如果线路板表面处理不清洁也会产生针孔现象，用稀硫酸和去油溶液将线路板处理后将线路板进行电镀，如没有发现针孔，可检查刷板机是否会产生污染情况，如仍然有可检查其它工序。

产生印制板铜镀层针孔的原因有很多方面，上述几点供大家参考，希望能有所帮助。

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【蚀刻使用的相关术语】

侧蚀:

发生在抗蚀层图形下面导线侧壁的蚀刻称为侧蚀。侧蚀的程度是以侧向蚀刻的宽度来表示。侧蚀与蚀刻液种类，组成和所使用的蚀刻工艺及设备有关。

蚀刻系数:

导线厚度(不包括镀层厚度)与侧蚀量的比值称为蚀刻系数。 蚀刻系数＝V／X

用蚀刻系数的高低来衡量侧蚀量的大小。蚀刻系数越高，侧蚀量越少。在印制板的蚀刻操作中，希望有较高的蚀刻系数，尤其是高密度的精细导线的印制板更是如此。 镀层增宽:

在图形电镀时，由于电镀金属层的厚度超过电镀抗蚀层的厚度，而使导线宽度增加，称为镀层增宽。镀层增宽与电镀抗蚀层的厚度和电镀层的总厚度有直接关系。实际生产时，应尽量避免产生镀层增宽。

镀层突沿:

金属抗蚀镀层增宽与侧蚀量的总和叫镀层突沿。如果没有镀层增宽，镀层突沿就等于侧蚀量。 蚀刻速率:

蚀刻液在单位时间内溶解金属的深度(常以μm／min表示)或溶解一定厚度的金属所需的时间(min)。

溶铜量:

在一定的允许蚀刻速率下，蚀刻液溶解铜的量。常以每升蚀刻液中溶解多少克铜(g/l)来表示。对特定的蚀刻液，其溶铜能力是一定的。

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【电镀铜中氯离子消耗过大原因分析】

本文讨论印制线路板硫酸盐镀铜中出现\氯离子消耗过大\的现象，分析原因。 目前随着印制线路板向高密度、高精度方向发展，对硫酸盐镀铜工艺提出了更加严格的要求，必须同时控制好镀铜工艺过程中的各种因素，才能获得高品质的镀层。下面针对镀铜工艺过程中出现氯离子消耗过大的现象，分析氯离子消耗过大的原因。

出现氯离子消耗过大的前因

镀铜时线路板板面的低电流区出现\无光泽\现象，氯方子浓度偏低；一般通过添加盐酸后，板面低电流密度区的镀层\无光泽\现象才能消失，镀液中的氯离子浓度才能达到正常范围，板面镀层光亮。如果要通过添加大量盐酸来解决低电流密度区镀层\无光泽\现象，就不一定是氯离子浓度太低而造成的，需分析其真正的原因。如果采取添加大量盐酸：一来，可能会产生其它后果，二来增加生产成本，不利于企业竞争。 正确分析\低电流密度区镀层无光泽\原因

通过添加大量的盐酸来消除\低电流密度区镀层不光亮\现象，说明如是氯离子过少，才需添加盐酸来增加氯离子的浓度达到正常范围，使低电流密度区镀层光亮。如果要添加成倍的盐酸才能使氯离子的浓度达到正常范围？是什么在消耗大量的氯离子呢？氯离子浓度太高会使光亮剂消耗快。说明氯离子与光亮剂会产生反应，过量的氯离子会消耗；反过来，过量的光亮剂也消耗氯离子。因

为氯离子过少和光亮剂过量都是造成低电流密度区镀层不光亮\的主要原因，因此可见，造成\镀铜中氯离子消耗过大的主要原因是光亮剂浓度太高。

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【印制电路板镀槽溶液的控制】

印制电路板镀槽溶液的控制主要目的是保持所有化学成分在工艺规定的范围内。因为只有在工艺规定的参数内，才能确保镀层的化学和物理性能。控制所采用的工艺方法有多种类型，其中包括化学分折、物理试验及溶液的酸值测定、溶液的比重或比色测定等。这些工艺方法都是为确保槽液的参数的准确性、一致性和稳定性。控制方法的选择是由积层类型而定。如高分散能力、光亮高酸低铜电镀槽液的参数确定，是通过化学方法所提供的分折数据进行调整或调节；化学沉铜溶液除化学分析外，还要进行PH酸值的或比色测定等。如果分析后其化学成分在工艺范围内；就要非常注意其它参数的变化和被镀基板表面状态，如镀液的温度、电流密度、装挂的方法及基板表面处理状态对槽液的影响。特别是要控制光亮酸性镀铜液的无机杂质-锌，超过所容许的工艺规定数值，就会直接影响铜层的表面状态；电镀锡铅合金槽液必须严格的控制铜杂质的含量，如超过一定数量，就会影响锡铅合金镀层的润湿性和可焊性能及防护性。虽然分析方法对于镀液控制是可靠的，但也不能保证获得良好的镀覆层。因此，还必须借助于电镀试验。特别是很多电镀槽为确保镀层的具有良好的电气性能和机械性能，都添加有机添加剂以改善镀层结构和性能。这些添加剂靠化学分析的方法很难奏效，采用电镀试验的工艺方法进行分析和对比，它作为控制镀液化学成分的重要的补充手段。补充控制包括测定添加剂含量并进行调整，过滤及净化，这些需要由霍氏电镀槽试验板上去进行认真的“观察”，再由样板镀层分布状态，进行研究和分析及推论，达到改进或改善工艺步骤目的。 一、电镀试验

电镀槽液的控制原则应当包括镀液的主要化学成分。要达到正确的判断，需采用先进的、可靠的试验仪器和分析方法，有些槽液还需采用辅助手段如：测定其比重、酸值(PH)等。为能直接观察镀层表面状态，现绝大部分生产厂家采用霍氏槽试验的工艺方法。具体的试验步骤是将试验板倾斜37°与长边的长度相同，阳极垂直并沿着长边放。阳极到阴极距离的变化，将会沿着阴极作有规律的规距，其结果沿着试验板电流不断变换。从试验板电流分布的状态，就能科学的判断电镀槽液所采用的电流密度是否在工艺规定的范围以内。同样也可观察添加剂含量对电流密度的直

接影响及对表面镀层质量的影响。见图1：Hull试验槽平面透视图

二、弯曲阴板试验法：

采取此法是因为它能掩盖一个较宽的范围，它暴露一个角，由于垂直形它的上部与下部表面均能适应电介作用。由此可试验出电流范围、分散能力的优劣。见图2：弯曲阴极试验法示图 三、判断与推论：

通过上述所采用的试验方法，就可以通过试验板的实际记录，首先就可以判断电镀时在试验板的低电流区出现的现象，就可以判断需在添加附加剂；而在高电流区，镀层就会出现表面粗糙、发黑及不规则的外观等缺陷，这说明槽液内含有无机金属杂质直接影响镀层表面状态。如镀层表面呈现凹坑，即表示要减低表面张力。被破坏的电镀层常表现槽液内存有过量的附加剂和分解等。这类现象都充分说明要及时分析和调整，使槽液的化学成分符合工艺所规定的工艺参数。则过量的附加剂和分解的有机物都必须采用活性炭等进行处理、过滤和净化。

总之，尽管采用电脑自动进行控制，但还必须借助于辅助手段进行试验，方可做到双保险。所以，过去常用的控制方法还需采用或者作进一步的研究和开发出新的试验工艺方法和仪器设备，使印制电路板的电镀和涂覆工艺更加完善。

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【电镀板孔边发生圈状水纹】

现象：

单板，全板，每个孔都有，孔边，水纹状，像水洗不洁的残留液自然风干后的情形。

【涂覆有机可焊保护剂OSP工艺的应用】

随着人们对电子产品的轻、薄、短、小型化、多功能化方向发展，印制线路板向着高精密度、薄型化、多层化、小孔化方向发展，尤其是SMT的迅猛发展，从而使SMT用高密度薄板（如IC卡、移动电话、笔记本电脑、调谐器等印制板）不断发展，使得热风整平工艺愈来愈不适应上述要求。OSP工艺是以化学的方法，在裸铜表面形成一层薄膜。这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，因而，在PCB制造业中，OSP工艺可替代热风整平技术。OSP工艺生产的PCB板比热平工艺生产的PCB板具有更优良的平整度和翘曲度，更适应电子工业中SMT技术的发展要求。有机预焊剂涂覆工艺简单，价格具有竞争性，可焊性和护铜性都可以满足PCB经受二次或三次耐热焊接的考验。由此，涂覆有机可焊保护剂（或称有机预焊剂）的生产线受到PCB同业的青睐。OSP技术正得到迅速的发展. 1、工艺流程：

除油-->二级水洗-->微蚀-->二级水洗-->酸洗-->DI水洗-->成膜风干-->DI水洗-->干燥 1、除油

除油效果的好坏直接影响到成膜质量。除油不良，则成膜厚度不均匀。一方面，可以通过分析溶液，将浓度控制在工艺范围内。另一方面，也要经常检查除油效果是否好，若除油效果不好，则应及时更换除油液。 2、微蚀

微蚀的目的是形成粗糙的铜面，便于成膜。微蚀的厚度直接影响到成膜速率，因此，要形成稳定的膜厚，保持微蚀厚度的稳定是非常重要的。一般将微蚀厚度控制在1.0-1.5um比较合适。每班生产前，可测定微蚀速率，根据微蚀速率来确定微蚀时间。 3、成膜

成膜前的水洗最好采有DI水，以防成膜液遭到污染。成膜后的水洗也最好采有DI水，且PH值应控制在4.0-7.0之间，以防膜层遭到污染及破坏。

a、工作液的有效物浓度对成膜速率有一定影响，尽量控制工作液的有效物浓度稳定是重要的。 b、控制PH值的稳定（PH3.0-3.2）。PH值的变化对成膜速率的影响较大。PH值越高，成膜速率越大，PH值越低，则成膜速率越慢。

c、控制成膜液温度的稳定也是必要的。因为成膜液变化对成膜速率的影响比较大，温度越高，成膜速率越快。

d、成膜时间的控制。成膜时间越长，成膜厚度越大。根据实测的膜厚来确定成膜时间。 成膜厚度的控制

OSP工艺的关键是控制好防氧化膜的厚度。膜太薄，耐热冲击能力差，在过回流焊时，膜层耐不往高温（190-00°C），最终影响焊接性厚，在电子装配线上，膜不能很好的被助焊剂所溶解，影响焊接性能。一般控制膜厚在0.2-0.5um之间比较合适。 检测方法：

1、除油效果检测方法

一般认为，经除油后，板面裸铜面在水洗后能形成水膜且在15秒钟内不破裂，说明除油效果良好。否则，可考虑补充或更换除油剂。 2、微蚀速率测定方法

a、取7cm X 7cm的1.6mm厚双面铜箔板，面积记为S（cm2）； b、放入烘炉中，在90-100°C烘30分钟；

c、在防潮瓶内冷却至室温，用分析天平称重W1（克）；

d、随生产板浸入生产线内的除油缸中，并于微蚀缸后取出（保证浸蚀时间跟生产板一致），微蚀时间记为t（分钟）；

e、用水清洗后，于烘炉中90-100°C烘30分钟； f、在防潮瓶中冷却至室温，用分析天平犯法重W2（克）；

g、计算：蚀铜速率（微米/分钟）=10000 X (W1-W2)/(8.92 X 2 X S X t） 3、成膜液有效物浓度的测定方法

a、工作液1.0ml，用去离子水稀释至500ml，混匀；

b、在751分光光度计上，于269 1nm用去离子水作参比，校零； c、换a步骤的溶液，测定吸光度A； d、计算：有效物浓度（%）=280 X A 4、成膜厚度测试方法

a、将一片40mm X 50mm的单面裸铜板与生产板一起在OSP生产线上处理；

b、将已处理的板放在一干净的250ml烧杯中；

c、用移液管取50ml5%的盐酸液，放入烧杯，轻摇烧杯，三分钟后将板拿出； d、用5%的盐酸校零，在751G分光光度计上，于269.1nm处测吸光度； e、再以c步骤准备的液体更换，读取在170nm处的吸光度A； f、计算：膜厚（微米）=0.7 X A

经工艺的测算，除油、微蚀槽及水溶性助焊剂浸涂槽的三个槽的比例控制在1：1：2.5。如果浸涂槽太长，在一定的传送速度下，通过除油、微蚀槽的时间相对会缩短，将会影响成膜的质量。 风力和烘干系统对成膜的均匀性、厚度有很大影响，要求浸涂的有机可焊保护剂（OSP)后的吹干段能够将多余的残液吹尽，否则后续的纯水将带走板面上多余的残液，而使此处的涂覆层偏薄，致使外观不均匀。

另外浸涂前段吹干是非常重要的。水份带入浸涂液易造成成膜的减薄。吹风的冷风易造成成膜液温度的下降，吹干的风太热易造成进料段的结晶。由此，风力和烘干系统的控制调整十分重要。

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【金属化板板面起泡成因及对策探讨】

本文介绍了对一例孔金属化板板面起泡现象产生原因的分析，并就分析提出各种解决方法。最终确定引起孔金属化板板面起泡的原因。 现象:

一次，更换沉铜槽槽液后，化学镀后的双面板经全板电镀厚铜后发现板面起泡，并伴有结瘤。起泡处形状不规则，目测其形状跟某种液体的自然流动而留下痕迹相似，并且每一处起泡都是以点开始的。 分析:

孔金属化的典型工艺流程是：化学沉铜（去油——水洗——粗化——水洗——酸性预浸——活化——水洗——还原（1）——还原（2）——沉铜），全板电镀厚铜（水喷淋——酸预浸——全板电镀——水洗——钝化——水洗——风干）。

根据工艺流程直接否定了故障产生于电镀工段，因为电镀流程简单，如果产生这一现象，那末唯一的工序就是全板电镀，即是说电镀槽引入有机杂质。但是，共用电镀槽的图形电镀铜却没任何问题，因而确定产生于化学沉铜工段。

在化学沉铜工段，我们将重点放在还原与沉铜工序。因为根据更换槽液前的处理效果，去油与活化都不错，粗化与此现象没太大关系，而且这几槽槽液都没有更换。

根据起泡形状分析认为：这是由还原液引起，因为沉铜液的配制严格按照供应商提供的参数执行，还原液也是刚刚配制的，还原剂中引入杂质可能导致这一现象。还原剂的成份不清楚，只知是浓缩液。还原之后没有水洗，直接进行化学沉铜，这使杂质带入沉铜槽成为可能。 解决方案:

经与供应商联系，供应商建议将还原（2）改为蒸馏水水洗。采用建议后，情况有所改观，但是没有达到生产所要求的稳定度。经过一周多的维护与调整，溶液达到稳定状态，经过化学沉积铜的板面色泽鲜艳，铜层致密，经全板电镀后也没有起泡产生。 小结:

从上面的情况我们反过来思考所作的分析，在这一周多的时间内仍按供应商的参数维护，仅仅隔两到三天更换一次还原（2）的蒸馏水水洗，以防止还原（2）因还原（1）的残留液的带入而使起浓度上升。从这一情况看我们认为还原引入杂质的分析有误。 二次分析:

既然否定杂质的引入的可能，那么原因何在呢？在控制过程中发现新配溶液的反应很快，起泡是否与活性有关呢？这引起我们的关注，但因为溶液已达到稳定状态，故障无从找起，槽液的更换周期较长，对于起泡的跟踪观察就停止。

我们就活性的相关因素：Cu、NaOH、HCHO等组份的含量，工作温度，络合剂含量，稳定剂进行分析。 我们从下列可知：

1）沉积速率随着Cu含量的升高而升高，在起始部分几乎呈正比关系。

2）随着OH-、HCHO的浓度及温度的上升，沉积速率亦随之上升。可以从反应主式中得以证实： 2HCHO+2Cu2++4OH-→Cu+2HCHOO-+2H2O+H2↑ (1)

当[HCHO]、[Cu2+]、[OH-]中的任意一项上升，平衡就左移，即反应速度加快。

3）浓度超过阀值，沉积速度增长缓慢，有资料表明此时副反应增强。其中几个副反应值得注意： Cu2+→Cu+(2)

Cu++Cu+ →Cu↓+Cu2+ (3)

（2）、（3）式说明了在强碱条件下，Cu2+可能被还原成Cu+，Cu+在强碱条件下易歧化形成细小的粒，不规则的分布于溶液中。 4）反应（1）式中有H2产生。

因此从反应入手分析：新配制溶液的浓度我们一般取推荐的上限与下限值的中值，因此溶液的活性极强。假设经高浓度的还原（1）处理后，再经低浓度还原（2）处理，板面部分残留液的浓度还没有完全降低，直接入化学沉铜槽，极强活性的镀液使Cu在板面迅速沉积，残留液浓度较高部分的催化性较强，其反应速度也较快，使Cu来不及均匀、致密的沉积并与基材铜箔牢固结合。反应产生的H2也来不及排出，就被沉积的铜包围形成气泡，从而使沉积的铜游离于基材铜箔产生起泡。瘤状物质则有可能是高速反应的副产物Cu颗粒附着于板面，我们知道Cu颗粒以球面与溶液接触，不似基材铜箔以部分面积接触。因此就反应面积而言，铜颗粒较大，其反应速度也快许多，使局部自催化反应的化学沉积越来越快。

基于上述的认识，我们知道活性过强（即反应过快）是起泡产生的根本原因。因而控制反应速度才能从根本上解决起泡的产生。 解决方案:

在第二次更换槽液时，我们注意了组分的控制，并将供应商的参数作了更改，现表述如下： 经上述变更后，工作温度采用低温启动组份控制在较低的状态。更换槽液第一天沉积出的板子，色泽鲜艳、镀层致密，孔化质量好，起泡比例只有0.8%（按块数计）左右，即使存在这一现象的，起泡面积小、程度轻。相对前一次大批量、大面积、程度严重的情况而言，状况改观极大。经两到三天的正常维护，起泡现象完全消失，从而达到稳定生产。 小结:

经上述的调整，基本达到我们所期望的状态，但依然存在起泡现象。源于这次的调整是一次试验。各组份没有达到最佳的匹配状态。经过适当的调整是完全能达到最佳的。 建议:

1）从综合因素考虑，减缓反应速度的措施可全面一些。在降低Cu、HCHO、NaOH组份浓度的同时，可增加络合剂、稳定剂的浓度，这样既可使组份保持相对较高的浓度，避免组份浓度过低造成黑孔及其它不良的孔化，又可以保持较为缓慢的反应速度。即是说采取单一的方式是不可取的，那样会导致溶液组份失去平衡。

2）随时间的推移，组份浓度应随着升高。所以，在开始的几天，严密监控组份浓度极为重要，根据沉积质量适当调整组份浓度。当达到稳定状态时，应逐步恢复到供应商的参数值。 3）还原剂浓度适当低些。

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