Pokovování mědí v kyselině sírové hraje při galvanickém pokovování desek plošných spojů velmi důležitou roli. Kvalita tohoto pokovování přímo ovlivňuje kvalitu měděné vrstvy na desce plošných spojů. Ovlivňuje také související mechanické vlastnosti a může mít dopad na následné kroky zpracování. Kontrola kvality pokovování mědí v kyselině sírové je proto klíčovým krokem při galvanickém pokovování desek plošných spojů. Mnohé velké továrny mají potíže s dobrou kontrolou tohoto kroku. Na základě mnohaletých zkušeností v oblasti pokovování a technického servisu uvádím níže krátké shrnutí. Doufám, že to pomůže odborníkům na pokovování v oboru desek plošných spojů.
Mezi běžné problémy při elektrolytickém pokovování mědí v kyselém roztoku patří především tyto:
- Hrubý povrch pokovení.
- Měděné uzlíky na povrchu desky.
- Jámy na pokovování.
- Zbělení povrchu desky nebo nerovnoměrné zbarvení.
Níže shrnuji dané problémy a uvádím jejich stručnou analýzu, řešení a preventivní opatření.
Hrubé pokovování
V rozích desky se často objevuje nerovnoměrné pokovení. Většinou je to způsobeno příliš vysokým pokovovacím proudem. Proud můžete snížit. Pomocí klešťového měřiče zkontrolujte, zda naměřená hodnota proudu není nadměrná.
Pokud je celá deska drsná, stává se to jen zřídka. Jednou jsem se s takovým případem setkal u zákazníka. Později jsme zjistili, že v zimě panovalo chladné počasí. Obsah zjasňovače (zjasňovacího činidla) byl příliš nízký. Někdy se také stává, že opravené desky, u nichž došlo ke ztrátě rezistové vrstvy, nejsou dostatečně vyčištěny. To může způsobit podobnou situaci.
Jak zkontrolovat a opravit:
- Snižte proud a sledujte výsledek.
- Zkontrolujte koncentraci zjasňovače.
- Ujistěte se, že jsou přepracované desky před pokovováním důkladně očištěny.
Měděné uzlíky na povrchu desky
Vznik měděných uzlíků může způsobit řada faktorů. Mohou pocházet z fáze bezproudového pokovování mědí, z celého procesu přenosu vzoru nebo ze samotné fáze pokovování mědí.
Příčiny v kroku bezproudového pokovování mědí
Měděné uzlíky vzniklé při bezproudovém pokovování mědí mohou pocházet z kteréhokoli kroku tohoto procesu.
- Odmašťování alkalickými roztoky v tvrdé vodě nebo v případě silného výskytu vrtného prachu (zejména u oboustranných desek, u nichž nedochází k řádnému odstranění pryskyřice) a při nedostatečné filtraci. To může způsobit drsnost povrchu desky a také drsnost uvnitř otvorů. Obvykle to vede k drsným otvorům. Lehké skvrnité nečistoty na povrchu desky lze odstranit mikroleptáním.
- Problémy s mikroleptáním: peroxid vodíku nebo kyselina sírová používané při mikroleptání mohou být nekvalitní. Nebo může persíran amonný (či persíran sodný) obsahovat příliš mnoho nečistot. Doporučuji používat alespoň chemikálie třídy CP. Chemikálie průmyslové kvality často způsobují další poruchy.
- Vysoký obsah mědi v lázni pro mikroleptání nebo nízká teplota okolí mohou způsobit pomalé tvoření krystalů síranu měďnatého v lázni. Problémy způsobuje také zakalená nebo znečištěná lázeňská kapalina.
Problémy s aktivačním roztokem
Problémy s aktivační nádrží jsou často způsobeny znečištěním nebo nedostatečnou údržbou. Například filtrační čerpadlo nasává vzduch, specifická hmotnost lázně je nízká nebo je vysoký obsah mědi. Pokud se aktivační nádrž používá příliš dlouho (například déle než tři roky), mohou se v ní tvořit částice nebo koloidy. Tyto částice se mohou ulpívat na povrchu desky nebo na stěnách otvorů. K tomuto jevu dochází často u hrubých otvorů.
Odlučovací nebo urychlovací lázně
Pokud se lázní používá příliš dlouho a zakalí se, může to způsobit problémy. Mnoho moderních odbarvovacích prostředků obsahuje směsi kyseliny fluoroborité. Ty mohou narušit skleněná vlákna v FR-4. Tím se v lázni zvyšuje obsah křemičitanů a vápníku. Nárůst obsahu mědi a rozpuštěného cínu může rovněž způsobit vznik měděných uzlíků na povrchu desek.
Samotná nádrž pro bezproudovou galvanizaci mědi
V nádrži může docházet k příliš intenzivnímu pohybu. Míchání vzduchem může způsobit zvíření prachu. V lázni může být velké množství suspendovaných pevných částic. Pro vyřešení tohoto problému můžete upravit parametry procesu, doplnit nebo vyměnit vzduchové filtrační vložky, případně provést filtraci celé nádrže.
Po bezproudovém pokovování mědí neskladujte desky příliš dlouho v lázni se zředěnou kyselinou. Udržujte tuto nádrž v čistotě. Pokud je roztok zakalený, včas jej vyměňte. Pokud desku pokrytou bezproudovou mědí necháte v lázni příliš dlouho, dojde k její oxidaci. K oxidaci může dojít i v kyselém roztoku. Oxidová vrstva se obtížně odstraňuje a může vést ke vzniku měděných uzlíků na povrchu.
S výjimkou povrchové oxidace se měděné uzlíky vzniklé při bezproudovém pokovování mědí často rovnoměrně rozprostírají po desce. Jejich rozložení je pravidelné. Nečistoty, které je způsobují – ať už jsou vodivé, či nikoli – mohou vést ke vzniku měděných uzlíků na finální pokovené desce. Při hledání příčiny použijte malé zkušební desky a postupujte krok za krokem, abyste zjistili příčinu. U sériově vyráběné desky s touto vadou můžete zkusit uzlíky odstranit jemným kartáčováním měkkým kartáčem.
Krok přenosu vzoru
Problémy s přenosem vzoru mohou rovněž způsobit vznik uzlíků. Pokud po vyvolání zůstane zbytková fotolepidla (i velmi tenký film fotolepidla může být pokoven a následně zakryt), pokud je čištění po vyvolání nedostatečné nebo pokud desky po přenosu vzoru leží příliš dlouho, může dojít k oxidaci povrchu desky v různé míře. Situace se zhoršuje, pokud je čištění po přenosu nedostatečné nebo pokud je skladovací prostor vystaven silnému znečištění ovzduší. Řešením je zlepšit oplach vodou, zorganizovat výrobní plán tak, aby desky nečekaly příliš dlouho, a posílit odmašťování kyselinou.
Samotná kyselá měděná lázeň a příčiny vzniku uzlíků
Obvykle předúprava v lázni s kyselou mědí nezpůsobuje tvorbu uzlíků, protože nevodivé částice způsobují především nevyrovnané pokovení nebo důlky. Problémy s měděnou lázní, které vedou k tvorbě uzlíků, lze však rozdělit do několika kategorií: udržování parametrů lázně, výrobní provoz, materiály a údržba.
- Údržba parametrů vany: příliš vysoký obsah kyseliny sírové, příliš nízký obsah mědi, příliš nízká nebo příliš vysoká teplota lázně. Zejména v závodech bez řádné regulace teploty a chlazení může dojít ke snížení rozsahu proudové hustoty. Při běžném provozu to může vést k tvorbě měděného prášku v lázni.
- Výrobní provoz: Příčinou lokálně vysokého proudu může být použití příliš vysokého proudu, nevhodné upínací přípravky nebo svorky, otevřené upínací body, desky spadlé do nádrže, které se dotýkají anod a rozpouštějí se. To vede k tvorbě měděného prášku, který padá do lázně a vytváří uzlíky.
- Materiály: Problémy s anodami z fosforové mědi a nerovnoměrné rozložení fosforu mohou způsobit potíže.
- Údržba procesů: Při provádění rozsáhlých údržbových prací mohou do nádrže spadnout měděné třísky nebo nečistoty. Mnoho továren nečistí anody a anodové vaky dostatečně. To s sebou nese skrytá rizika. Při rozsáhlých úkonech důkladně očistěte povrch anody a proveďte mikroleptání peroxidem vodíku, aby se odkryla čerstvá měď. Anodové vaky nejprve namočte do roztoku kyseliny sírové a peroxidu vodíku, poté do alkalického roztoku a důkladně je omyjte. Používejte filtrační vaky z PP s velikostí pórů 5–10 mikronů.
Místa s nedostatečným pokovením (bodové mezery v pokovení)
K vzniku důlků může vést řada kroků. Mezi tyto kroky patří bezproudové pokovování mědí, přenos vzoru, předúprava před pokovováním, pokovování mědí a pokovování cínem.
- Příčina bezproudového pokovování mědí: Pokud se koše nebo stojany pro bezproudové pokovování mědí dlouhodobě řádně nečistí, mohou z nich na povrch desky kapat lázně pro mikroleptání znečištěné palladiem nebo mědí. Tím vznikají místa znečištění. Po pokovení mědí se tato místa promění v lokální nedostatky v pokovení nebo důlky.
- Příčiny přenosu vzoru: K vzniku důlků může vést řada problémů souvisejících se stroji a čištěním. Mezi příklady patří: válce kartáčovacích strojů nebo sací tyče znečištěné pryskyřicí, sušičky nebo vzduchové nože s olejem či prachem uvnitř, nedostatečné odstranění prachu před laminací nebo před sítotiskem, nedostatečné vyvolání ve vývojce, špatné opláchnutí vodou po vyvolání, znečištění desky silikonovým odpěňovačem.
- Předúprava před pokovováním: Ať už jde o odmašťování kyselinou, mikroleptání nebo předponoření, hlavními složkami jsou kyselina sírová. Při vysoké tvrdosti vody se lázeň zakalí a může znečistit povrch desky. Rovněž se může rozpustit nekvalitní izolace držáků, která se pak rozšíří v nádrži a znečistí lázeň. Nevodivé mikročástice, které ulpívají na povrchu desek, způsobují nevyrovnané pokovení různé závažnosti.
- Příčiny koroze v nádrži na měďnou kyselinu: Nesprávně umístěné vzduchové trysky způsobují nerovnoměrné provzdušňování. Filtrační čerpadla mohou prosakovat nebo může být přívodní otvor v blízkosti trysek, což vede k vnášení drobných vzduchových bublin. Tyto bubliny se mohou ulpívat na povrchu desky nebo na okrajích linií, zejména na bočních okrajích či v rozích linií. Použití nekvalitních bavlněných knotů nebo jader, která nejsou řádně ošetřena, může způsobit znečištění lázně. Během výroby jsou bavlněná jádra někdy ošetřena antistatickými prostředky, které lázni znečišťují. V případě těchto problémů zvyšte provzdušňování a včas odstraňujte povrchovou pěnu. Před použitím namočte bavlněná jádra do kyselé a alkalické lázně, abyste je vyčistili.
Zbělení desky nebo nerovnoměrné zbarvení
Zbělení desky nebo nerovnoměrné zbarvení mohou být způsobeny problémy s vyvážením zjasňovačů v měděné lázni, silným znečištěním organickými látkami nebo příliš vysokou teplotou lázně. Kyselé odmašťování obvykle nezpůsobuje problémy s promýváním. Pokud je však pH vody kyselé a obsah organických látek vysoký, zejména při použití recyklované promývací vody, může být promývání nedostatečné. To vede k nerovnoměrnému mikroleptání.
Mikroleptání může být prováděno při nízké koncentraci, obsah mědi v lázni může být vysoký a teplota lázně nízká. To vše způsobuje nerovnoměrné mikroleptání. Špatná kvalita oplachové vody, dlouhá doba oplachování nebo znečištění kyseliny před ponořením mohou způsobit mírnou oxidaci na povrchu desky. Vzhledem k tomu, že měděná lázeň je kyselá a desky jsou při vstupu do lázně pod napětím, je oxid obtížné odstranit. To vede k nerovnoměrnému zbarvení desky. Pokud se deska dotkne anodového sáčku, mohou takové vady způsobit také nerovnoměrná vodivost anody nebo pasivace anody.
Stručný přehled praktických opatření a kontrolní seznam
- Udržujte proud při pokovování v požadovaném rozmezí. Zkontrolujte to pomocí měřidel.
- Udržujte koncentrace zjasňovače a přísad v rámci specifikací.
- Udržujte teplotu vody ve vaně na konstantní úrovni. V případě potřeby použijte regulátor teploty.
- Dbejte na kvalitu vody a délku oplachování. Po každém kroku proveďte důkladné opláchnutí.
- Provádějte údržbu filtračního systému a vzduchových filtrů. V případě potřeby vyměňte filtrační vložky.
- Anody a anodové vaky pravidelně čistěte. Dodržujte správný postup při mytí a namáčení.
- Používejte chemikálie odpovídající kvality (přednostně třídy CP). Pokud záleží na čistotě, vyhýbejte se průmyslovým chemikáliím nižší kvality.
- Vyhněte se dlouhodobému skladování desek po bezproudovém pokovování mědí. Udržujte nádrže v čistotě a vyměňujte zakalené lázně.
- Udržujte upínací přípravky a stojany v dobrém stavu. Dbejte na to, aby svorky nebyly uvolněné a aby nebyly odkryté kontaktní body.
- Zabraňte vniknutí prachu a oleje do lázní. Vyčistěte stroje a vzduchové nože.
- K vyhledání příčiny závad použijte testovací desky a postupné kontroly.
- Pokud se objeví vada, proveďte nejprve lokální zkoušky, jako je jemné kartáčování, a poté upravte výrobní postup a údržbu.
