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印制板如何防止翘曲
一.为什么线路板要求十分平整
在自动化插装线上,印制板假设不平整,会引起定位不准,元器件无法插装到板子的孔和外表贴装焊盘
上,甚至会撞坏自动插装机。装上元器件的板子焊接后发生弯曲,元件脚很难剪平整齐。板子也无法装到
机箱或机内的插座上,所以,装配厂碰到板翘同样是十分烦恼。目前,印制板已进入到外表安装和芯片安
装的时代,装配厂对板翘的要求必定越来越严。
二.翘曲度的标准和测试方法
据美国 IPC-6012〔1996 版〕<<刚性印制板的鉴定与性能标准>>,用于外表安装印制板的允许最大翘
曲和扭曲为 0.75%,其它各种板子允许 1.5%。这比 IPC-RB-276〔1992 版〕提高了对外表安装印制板
的要求。目前,各电子装配厂许可的翘曲度,不管双面或多层,1.6mm 厚度,通常是 0.70~0.75%,不少
SMT,BGA 的板子,要求是 0.5%。局部电子工厂正在煽动把翘曲度的标准提高到 0.3%, 测试翘曲度的方
法遵照 GB4677.5-84 或 IPC-TM-650.2.4.22B。把印制板放到经检定的平台上,把测试针插到翘曲度最
大的地方,以测试针的直径,除以印制板曲边的长度,就可以计算出该印制板的翘曲度了。
三.制造过程中防板翘曲
1.工程设计:印制板设计时应本卷须知:
A.层间半固化片的排列应当对称,例如六层板,1~2 和 5~6 层间的厚度和半固化片的张数应当一致,否
那么层压后容易翘曲。
B.多层板芯板和半固化片应使用同一供应商的产品。
C. 外层 A 面和 B 面的线路图形面积应尽量接近。假设 A 面为大铜面,而 B 面仅走几根线,这种印制板在
蚀刻后就很容易翘曲。如果两面的线路面积相差太大,可在稀的一面加一些独立的网格,以作平衡。
2.下料前烘板:
覆铜板下料前烘板〔150 摄氏度,时间 8±2 小时〕目的是去除板内的水分,同时使板材内的树脂完全固化,
进一步消除板材中剩余的 应力,这对防止板翘曲是有帮助的。目前,许多双面、多层板仍坚持下料前或后
烘板这一步骤。但也有局部板材厂例外,目前各 PCB 厂烘板的时间规定也不一致,从 4-10 小时都有,建
议根据生产的印制板的档次和客户对翘曲度的要求来决定。剪成拼板后烘还是整块大料烘后下料,二种方
法都可行,建议剪料后烘板。内层板亦应烘板。
3.半固化片的经纬向:
半固化片层压后经向和纬向收缩率不一样,下料和迭层时必须分清经向和纬向。否那么,层压后很容易造
成成品板翘曲,即使加压力烘板亦很难纠正。多层板翘曲的原因,很多就是层压时半固化片的经纬向没分
清,乱迭放而造成的。
如何区分经纬向?成卷的半固化片卷起的方向是经向,而宽度方向是纬向;对铜箔板来说长边时纬向,短
边是经向,如不能确定可向生产商或供应商查询。
4. 层压后除应力 :
多层板在完成热压冷压后取出,剪或铣掉毛边,然后平放在烘箱内 150 摄氏度烘 4 小时,以使板内的应力
逐渐释放并使树脂完全固化,这一步骤不可省略。
5.薄板电镀时需要拉直:
0.4~0.6mm 超薄多层板作板面电镀和图形电镀时应制作特殊的夹辊,在自动电镀线上的飞巴上夹上薄板
后,用一条圆棍把整条飞巴上的夹辊串起来,从而拉直辊上所有的板子,这样电镀后的板子就不会变形。
假设无此措施,经电镀二三十微米的铜层后,薄板会弯曲,而且难以补救。
6.热风整平后板子的冷却:
印制板热风整平时经焊锡槽〔约 250 摄氏度〕的高温冲击,取出后应放到平整的大理石或钢板上自然冷却,
在送至后处理机作清洗。这样对板子防翘曲很有好处。有的工厂为增强铅锡外表的亮度,板子热风整平后
马上投入冷水中,几秒钟后取出在进行后处理,这种一热一冷的冲击,对某些型号的板子很可能产生翘曲,
分层或起泡。另外设备上可加装气浮床来进行冷却。
7.翘曲板子的处理:
管理有序的工厂,印制板在最终检验时会作 100%的平整度检查。凡不合格的板子都将挑出来,放到烘箱
内,在 150 摄氏度及重压下烘 3~6 小时,并在重压下自然冷却。然后卸压把板子取出,在作平整度检查,
这样可挽救局部板子,有的板子需作二到三次的烘压才能整平。上海华堡代理的气压式板翘反直机经上海
贝尔的使用在补救线路板翘曲方面有十分好的效果。假设以上涉及的防翘曲的工艺 措施不落实,局部板子
烘压也没用,只能报废。
本文表达了 Neopact 直接电镀工艺的应用,包括工艺过程及控制,各参数对溶液性能的影响,品质检验,
废水处理等。该工艺稳定可**,控制容易而且环境污染小,废水处理简单,可以取代传统化学沉铜工艺,
投入规模生产。
前言
自从 1963 年 IBM 公司 Mr.Rodovsky 提出直接电镀的根本的理论以来,这项全新的技术引起了人们的高度
重视,并在印制板行业得到了飞速的开展和应用。众所周知,传统的印制板化学沉铜工艺具有其自身无法
克服的缺点:〔1〕含有甲醛这一致癌物质,严重影响操作者的身体健康,污染环境;〔2〕含有大量的络合
剂,致使废水处理困难;〔3〕自身氧化复原体系,容易自发分解,难以控制等。直接电镀工艺那么具有化
学沉铜不可比拟的优越性:不含甲醛,EDTA 等络合物,污染小,容易控制,成品率高,废水处理简单,
所以直接电镀也称为"环保电镀"。
直接电镀经过近四十年的开展,如今已形成了成熟的工艺技术,其化学品也相继商品化,如 Atotech 公司
的 Neopact,LeaRonal 公 司 的 Comductron,Blasberg 公 司 的 DMS-E,Shipley 公 司 的 Crimson,Electro
Chemical 公司的 Shadow 等,四川超声印制板公司采用了 Neopact 直接电镀工艺。
工艺过程及控制
1.工艺流程
该公司采用的是垂直式 Neopact 直接电镀工艺,其流程如下:
调整Ⅰ――调整Ⅱ――二级 DI 水洗――微蚀――二级水洗――预浸――吸附――二级 DI 水洗――后浸――
二级 DI 水洗――浸 H2SO4 酸――板镀铜-二级水洗――烘干
2.直接电镀工序的作用
调整Ⅰ:主要是清洁外表,去除油污,并兼有使基材极化的作用。
调整Ⅱ:主要是调整孔壁,使带负电荷的绝缘外表转变为带正电荷,提高孔壁对带负电荷的胶体钯活化剂
的吸附能力。
微蚀:彻底去除印制板外表的氧化层,并产生一定的均匀细致的微观粗糙度,从而提高铜面的附着力。
预浸:保护活化液,防止杂质,氧化物带入活化液,延长活化液的使用寿命。被吸附在带正电荷的孔壁绝
缘层外表,提供均匀而稠密 的钯晶体,为镀铜奠定根底。
后浸:去除钯周围的有机络合物及复原剂,显著提高钯层的导电能力,从而确保在大面积的非导体外表也
能获得有效而可**的直接电镀层。
3.工艺参数的影响
为了更好地控制工艺过程,提高产品质量,我们需要弄清各个工艺参数对品质及槽液性能的影响,现结合
质量及生产经验将其总结如 下,供同行参考。
1.调整
NeopactUX 浓度:过低时覆盖能力差,背光级数低,对于板厚大于 2mm 的板将会出现中央环形空洞。过
高时,覆盖能力极好,但会影响到镀层与基铜间 的结合力,内层互连缺陷增加。
pH 值:过低时覆盖能力差,当 pH 值低于范围 0.5-1 时,这种缺陷就非常明显肉眼可见。过高时,溶液中
有机物降解加快,寿命缩短,并需经常补加。
温度:过低时覆盖率降低,但影响较小,肉眼不易发现,如板子在不润湿的状态进入时,小孔湿润性将会
受到影响,从而影响到小孔的调整效果。
铜含量:在处理板子的过程中,溶液中的铜离子会不断增加,但它对覆盖能力的影响极小,即使铜离子浓
度很高,其影响也很难在标准的 FR-4 板上发现。
2.微蚀
Part A 浓度:过高时,微蚀速度过高,从而造成内层铜箔的负蚀,溶液中铜离子浓度增加很快并缩短溶液
寿命;过低时,清洁效果差,铜与铜之间的结合力差。
Part B 浓度:过高时,对覆盖能力有一些影响;过低时,清洁效果差。铜含量:过高时,Part 消耗极快,
而且清洁效果差。
温度:过高时,微蚀速率高,铜溶解快,重新开缸频率高;过低时,清洁效果不佳。
3. 预浸
磷酸浓度:过高时,直接导致吸附液 pH 值超标。
温度:过高时,溶解铜太多,直接导致吸附液中的铜离子增加。
铜含量:过高时,带入吸附缸,直接影响吸附效果,缩短吸附液 的寿命。
4.吸附
钯浓度:过低时,覆盖率及溶液稳定性均会受到影响,并对铜与铜之间的结合力有负面影响,当钯浓度低
于 150ppm 时,将导致不可挽回的损失并需要重新开缸。过高时,高达 350ppm 都不会有负面影响,只是
本钱增加。
温度:过高时,覆盖率稍好,但会缩短溶液寿命。过低时,覆盖率降低,复原剂的添加剂反响迟钝。
氧化复原电位:过高时,胶体老化加快。如果这种情况时间较长,将导致不可挽回的损失;覆盖率,铜与
铜之间的结合力逐渐恶化,最终导致溶液沉淀和或褪色。当氧化复原电位低于-300mV 时,复原剂消耗量
极大并有氢气排出,覆盖率受到严重影响。
pH 值:过高时,覆盖率欠佳但影响不大。过低时,胶体老化加快,当 pH 低于 1.4 时,覆盖率极差,尤其
是在玻璃纤维外表;同时氧 化复原电位会超出范围,并且不能通过添加复原剂使其复原。
铜含量:过高时,氧化复原电位极不稳定,很难保持要求范围之内,而且铜极易沉积在氧化复原电极外表,
影响电位的测定。铜含量过高,也会缩短溶液寿命,降低覆盖率并引起镀层结合力问题,铜的绝对浓度高
和铜的增长速度快〔>50mg/L/周〕都有较大的影响。
5.后浸:
后浸剂浓度:过低时,覆盖率会有所降低。过高时,没有负面影响。
pH 值:本溶液是一种稳定的缓冲体系,溶液呈碱性时,对镀层不会有影响,如果呈酸性将导致溶液分解失
效。
6.板镀铜:
由 于 吸 附 的 钯 层 有 一 定 的 电 阻 , 这 就 要 求 电 流 密 度 要 比 传 统 化 学 沉 铜 后 镀 铜 大 , 一 般 控 制 在
2.0-2.5A/dm2,电镀时间 15min,镀层可达 0.3mil。添加剂方面,有机添加剂过量添加对覆盖率有影响,所
以添加剂的添加一般应控制在下限。过多的光亮剂也会引起环状空洞,另外后浸剂的带入还会造成拐角裂
纹(Coner cracks)
工序成份控制范围 ml/L 时 间分 温 度℃ PH 分 析频 率 消 耗 量 ml/m3 药 水 寿 命 m2/L
调整Ⅰ调整剂 UX 缓冲剂 50-6050-60 5-7 60 11-12 两天一次 2021 4
调整Ⅱ调整剂 UX 缓冲剂 70-8070-80 5-7 55 11-12 两天一次 1515 4
微蚀 Part A Part B 15-20 1.5-2.5 25 每日一次 30g/m230g/m2 Cu2+>15g/l
预浸 H3PO4(85%) 1.5-2.0 1-2 室温 2-2.3 每周更换
吸附根本剂复原剂 Pd:200-250ppm 氧化复原电位-230~-290mv 5-7 55 1.6-2.3 每日一次 303 复原剂
自动添加每日 600ml(450 升溶液) Cu2+>100mg/L 或 30
后浸后浸剂 180-220 2-3 30 10-12 两天一次 25 8
酸浸硫酸 100 <1 室温每周更换
酸性镀铜硫酸铜硫酸氯离子添加剂 CP 60-80g/L100-12040-70ppm1-3 15-20 25 每周两次 113L/1 万 ALL
工艺参数的控制体会
1.溶液稳定性较好,产品质量也很稳定;
2.调 整Ⅰ, 调 整Ⅱ的作用各有侧重,所以调整Ⅰ的温度,pH 值比调整Ⅱ高,而调整Ⅱ的 Neopact UX
浓度比调整Ⅰ高,这样控制其效果会更好一些;另外,调整Ⅰ中 Neopact UX 消耗相对较快一些,应注意
补加;
3.调整剂可以用化学方法分析,这给控制带来了方便;
4.Part A part B 选择性微蚀体系,微蚀后细致均匀,清洁程度较好;
5.吸附胶体钯配制简单,而且可以直接添加 DI 水调整液位;
6.后浸液稳定性好,变化较慢;
7.整个体系操作范围宽,控制容易;
8.Neopact 直接电镀工艺对清洗水的要求较高,清洗水需采用不含 NaCIO 的市水或 DI 水。
品质检验
反映直接电镀成败的主要特征就是电镀铜时铜的沉积速度,孔壁及无铜区的覆盖完整程度。
1.直接电镀检验方法
为了检查直接电镀的效果,我们设计了一种专用试验板〔双面板〕,板中有三排分别为∮0.8,0.6,0.4 的
孔和事先蚀好的圆形〔∮3~14〕及长方形〔4×50mm〕无铜区,两面图形完全一样。
先试验板按正常程序走完直接电镀,然后在试验室里进行浸还 H2SO4――板面电镀――水洗――吹干――背
光试验。
板面电镀的条件为:电流密度 2-2.5A/dm2,2 分钟,室温,空气搅拌,阳极为磷铜板。这些条件与生产
线完全一样,只是电镀时间短。
电镀过程中可以观察无铜区的上铜情况,在直接电镀较为正常的情况下,电镀 30 秒无铜区便可根本覆盖完
全。
电镀结束经水洗吹干后,可以凭肉眼或借助检孔镜观察板面,无铜区或孔壁的覆盖情况。如果孔壁没有空
洞,无铜区覆盖完全,说明直接电镀很正常,可以进行生产。当然,观察孔壁是关键,无铜区可能由于夹
具等问题致使板子两面供电不一致而使局部无铜区不能完全覆盖,事实证明这种情况〔孔壁覆盖完全〕也
是完全可以进行生产的。
经肉眼观察如有疑问,可以做背光试验进一不验证。实践外表直接电镀正常时其背光级数通常可以到 10 级。
如果孔壁有空洞,背光级数低说明直接电镀有问题,需观察孔壁的具体情况,分析原因并有针对性的调整
溶液。
镀层性能测试
将直接电镀的板件按正常工艺进行以后的工序生产,最后对蚀刻后及成品镀层进行如下试验。
1.耐热冲击试验
按照 IPC-TM-659〔288 摄氏度,10s,三次〕对成品镀层进行耐热冲击试验,结果外表及孔内镀层无分
层断裂情况,镀层整体光亮;对蚀刻后镀层进行 288 摄氏度/10s/五次〕热冲击,结果孔内镀层无分层,断
裂情况。
2.拉脱强度
按照 GB4677.3-84 进行无焊盘金属化孔拉脱强度试验,结果全部合格。
废水处理
Neopact 直接电镀废水处理也非常简单,普通的废水处理站即可完成,其具体的处理方法如下:
1.洗涤水:
各种槽液带出的洗涤用水可以直接送到中和系统中中和沉淀。
2.调整液:
首先用水按 5:1 的比例稀释溶液,再用 NaOH 溶液调节 pH=10,加粉末 Na2S2O8250g/100L, 反响 1.5
小时后参加 15%的 Na2S 溶液,直至在硝酸铅试纸上出现浅棕色,在 pH=9 时进行过滤,滤出溶液可以放
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zhangao_fengg
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