Die Schwefelsäureverkupferung spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Leiterplattengalvanisierung. Die Qualität der sauren Kupferbeschichtung wirkt sich direkt auf die Qualität der Kupferschicht auf der Leiterplatte aus. Sie beeinflusst auch die damit verbundenen mechanischen Eigenschaften. Sie kann spätere Verarbeitungsschritte beeinflussen. Daher ist die Kontrolle der Qualität der sauren Verkupferung ein wichtiger Schritt bei der Leiterplattengalvanisierung. Viele große Fabriken finden es schwierig, diesen Schritt gut zu kontrollieren. Auf der Grundlage meiner langjährigen Arbeit in der Galvanotechnik und im technischen Service gebe ich im Folgenden eine kurze Zusammenfassung. Ich hoffe, dass dies den Galvanikern im PCB-Bereich hilft.
Häufige Probleme bei der sauren Verkupferung sind vor allem diese:
- Raue Beschichtungsoberfläche.
- Kupferknötchen auf der Platinenoberfläche.
- Plattierungsgruben.
- Aufhellung der Tafeloberfläche oder ungleichmäßige Farbe.
Im Folgenden fasse ich die Probleme zusammen und gebe eine kurze Analyse, Lösungen und Präventivmaßnahmen.
Grobplattierung
An den Ecken der Platine treten oft raue Schichten auf. Meistens ist dies auf einen zu hohen Strom zurückzuführen. Sie können die Stromstärke verringern. Verwenden Sie ein Zangenmessgerät, um zu prüfen, ob die Strommessung anormal ist.
Wenn die ganze Platte rau ist, passiert das selten. Ich habe einmal einen Fall bei einem Kunden gesehen. Später stellten wir fest, dass das Wetter im Winter kalt war. Der Gehalt an Aufhellern war zu niedrig. Außerdem werden manchmal nachbearbeitete Leiterplatten, die ihre Resistschicht verloren haben, nicht gut gereinigt. Das kann zu einer ähnlichen Situation führen.
Überprüfung und Behebung:
- Senken Sie den Strom und beobachten Sie das Ergebnis.
- Aufhellerkonzentration prüfen.
- Stellen Sie sicher, dass nachbearbeitete Platten vor dem Beschichten gut gereinigt werden.
Kupferknötchen auf der Platinenoberfläche
Kupferknötchen können durch viele Faktoren verursacht werden. Sie können aus dem stromlosen Kupferschritt, aus dem gesamten Musterübertragungsprozess oder aus dem Kupferbeschichtungsschritt selbst stammen.
Ursachen in der stromlosen Kupferstufe
Kupferknötchen, die durch das stromlose Kupferverfahren verursacht werden, können aus jedem Prozessschritt stammen.
- Alkalische Entfettung in hartem Wasser oder bei starkem Bohrstaub (insbesondere bei doppelseitigen Platten, die nicht richtig entleert werden) und bei schlechter Filtration. Dies kann zu einer rauen Plattenoberfläche und auch zu einer rauen Oberfläche in den Löchern führen. In der Regel führt dies zu rauen Löchern. Leichte fleckartige Verunreinigungen auf der Platinenoberfläche können durch Mikroätzung entfernt werden.
- Probleme beim Mikroätzverfahren: Das Wasserstoffperoxid oder die Schwefelsäure, die beim Mikroätzverfahren verwendet werden, können von schlechter Qualität sein. Oder Ammoniumpersulfat (oder Natriumpersulfat) kann zu viele Verunreinigungen enthalten. Ich empfehle, zumindest Chemikalien in CP-Qualität zu verwenden. Chemikalien in Industriequalität führen oft zu anderen Fehlern.
- Ein hoher Kupfergehalt im Mikroätzbad oder eine niedrige Umgebungstemperatur können dazu führen, dass sich Kupfersulfatkristalle langsam im Bad bilden. Auch trübe oder verschmutzte Badflüssigkeit verursacht Probleme.
Probleme mit der Aktivierungslösung
Probleme mit Aktivierungsbädern sind häufig auf Verschmutzung oder schlechte Wartung zurückzuführen. Zum Beispiel saugt die Filterpumpe Luft an, das spezifische Gewicht des Bades ist niedrig oder der Kupfergehalt ist hoch. Wenn das Aktivierungsbad zu lange benutzt wird (z. B. länger als drei Jahre), können sich Partikel oder Kolloide bilden. Diese Partikel können an der Plattenoberfläche oder den Lochwänden haften. Dies tritt häufig bei rauen Löchern auf.
Strip- oder Beschleunigerbäder
Wenn das Bad zu lange verwendet wird und trübe wird, verursacht dies Probleme. Viele moderne Abbeizmittel verwenden Fluoroborsäureformeln. Diese können die Glasfasern angreifen FR-4. Dadurch erhöht sich der Silikat- und Kalziumgehalt im Bad. Ein Anstieg des Kupfergehalts und des gelösten Zinns kann auch zu Kupferknollen an der Oberfläche führen.
Tank aus stromlosem Kupfer selbst
Der Tank kann eine zu starke Aktivität aufweisen. Luftumwälzung kann Staub mit sich bringen. Das Bad kann viele feste Schwebeteilchen enthalten. Sie können die Prozessparameter anpassen, Luftfilterpatronen hinzufügen oder ersetzen oder den gesamten Tank filtern, um das Problem zu lösen.
Lagern Sie die Platten nach der stromlosen Verkupferung nicht zu lange in einem verdünnten Säurebad. Halten Sie den Tank sauber. Wenn das Bad trüb ist, wechseln Sie es rechtzeitig aus. Wenn Sie die stromlos verkupferte Platte zu lange liegen lassen, wird sie oxidieren. Selbst in saurer Lösung kann sie oxidieren. Die Oxidschicht lässt sich nur schwer entfernen, und das kann zu Kupferknötchen auf der Oberfläche führen.
Abgesehen von der Oberflächenoxidation sind die Kupfernoppen von stromlosem Kupfer oft gleichmäßig auf der Platte verteilt. Das Muster ist regelmäßig. Die Verunreinigungen, die sie verursachen, können, unabhängig davon, ob sie leitfähig sind oder nicht, zu Kupferknötchen auf der fertigen Leiterplatte führen. Verwenden Sie zur Fehlersuche kleine Testplatinen und behandeln Sie diese Schritt für Schritt, um die Ursache zu finden. Bei einer Produktionsplatine mit diesem Fehler können Sie versuchen, die Knötchen durch leichtes Bürsten mit einer weichen Bürste zu entfernen.
Schritt der Musterübertragung
Auch Probleme bei der Musterübertragung können Knötchen verursachen. Wenn nach der Entwicklung Resistreste vorhanden sind (eine sehr dünne Resistschicht kann immer noch überplattiert und dann abgedeckt werden), wenn die Reinigung nach der Entwicklung schlecht ist oder wenn die Leiterplatten nach der Musterübertragung zu lange lagern, kann die Leiterplattenoberfläche in unterschiedlichem Maße oxidieren. Dies ist noch schlimmer, wenn die Reinigung nach der Übertragung schlecht ist oder der Lagerbereich eine starke Luftverschmutzung aufweist. Die Lösung besteht darin, die Wasserspülung zu verbessern, den Produktionsplan so zu gestalten, dass die Platten nicht zu lange warten, und die Säureentfettung zu verstärken.
Saures Kupferbad selbst und Ursachen für Knötchen
Normalerweise verursacht die Vorbehandlung des sauren Kupfertanks keine Knötchen, da nichtleitende Partikel meist zu Fehlplattierungen oder Grübchen führen. Probleme mit Kupfertanks, die zu Knötchenbildung führen, lassen sich jedoch in mehrere Kategorien einteilen: Wartung der Badparameter, Produktionsbetrieb, Materialien und Wartung.
- Pflege der Badparameter: Schwefelsäuregehalt zu hoch, Kupfergehalt zu niedrig, Badtemperatur zu niedrig oder zu hoch. Vor allem in Fabriken ohne angemessene Temperaturregelung und Kühlung kann der Stromdichtebereich sinken. Bei normalem Betrieb kann sich dadurch Kupferpulver im Bad bilden.
- Produktionsbetrieb: Zu hohe Stromstärken, schlechte Vorrichtungen oder Klemmen, offene Klemmpunkte, Bretter, die in die Wanne fallen, die Anoden berühren und sich auflösen, können örtlich hohe Stromstärken verursachen. Dies führt dazu, dass sich Kupferpulver bildet, in das Bad fällt und Knötchen bildet.
- Materialien: Probleme mit Phosphor-Kupfer-Anoden und ungleichmäßige Phosphorverteilung können Probleme verursachen.
- Prozesspflege: Bei großen Wartungsarbeiten können Kupferspäne oder Schutt in den Tank fallen. Viele Fabriken reinigen Anoden und Anodensäcke nicht gut. Dies birgt versteckte Risiken. Reinigen Sie bei größeren Arbeiten die Anodenoberfläche gut und ätzen Sie sie mit Wasserstoffperoxid, um frisches Kupfer zu erhalten. Weichen Sie die Anodenbeutel zuerst in Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid ein, dann in einer alkalischen Lösung und waschen Sie sie gut aus. Verwenden Sie PP-Filterbeutel mit 5-10 Mikron Zwischenraum.
Plating Pits (punktförmige Fehlplattierungen)
Viele Schritte können Grübchen verursachen. Zu diesen Schritten gehören stromloses Kupfer, Musterübertragung, Vorbehandlung der Beschichtung, Verkupferung und Verzinnung.
- Kupfer stromlos verursachen: Wenn stromlose Kupferkörbe oder Gestelle lange Zeit nicht gut gereinigt werden, können mit Palladium oder Kupfer verunreinigte Mikroätzbäder von den Körben auf die Leiterplattenoberfläche tropfen. Dadurch entstehen Kontaminationspunkte. Nach der Verkupferung werden diese Stellen zu lokalen Fehlschichten oder Gruben.
- Ursachen für die Übertragung von Mustern: Viele Maschinen- und Reinigungsprobleme können Grübchen verursachen. Beispiele sind: mit Harz verunreinigte Bürstenwalzen oder Wasseraufnahmestäbe, Trockner oder Luftmesser mit Öl oder Staub im Inneren, schlechte Staubentfernung vor der Laminierung oder vor dem Siebdruck, schlechte Entwicklung im Entwickler, schlechte Wasserwäsche nach der Entwicklung, silikonhaltiger Entschäumer, der den Karton verunreinigt.
- Behandlung vor der Beschichtung: Ob für die saure Entfettung, das Mikroätzen oder das Vortauchen, die wichtigsten Mittel sind Schwefelsäure. Bei hoher Wasserhärte wird das Bad trübe und kann die Plattenoberfläche verunreinigen. Auch eine schlechte Beschichtung der Gestellisolierung kann sich auflösen und im Tank ausbreiten und das Bad verschmutzen. Nichtleitende Mikropartikel, die an der Oberfläche der Leiterplatten haften, verursachen unterschiedlich starke Fehlbeschichtungen.
- Saurer Kupfertank verursacht: Luftverteiler, die nicht richtig positioniert sind, verursachen eine ungleichmäßige Luftumwälzung. Filterpumpen können undicht sein, oder der Einlass kann sich in der Nähe von Verteilern befinden, wodurch winzige Luftblasen angesaugt werden. Diese Luftbläschen können sich an der Oberfläche der Platte oder an den Kanten der Leitung festsetzen, insbesondere an den seitlichen Kanten oder den Ecken der Leitung. Die Verwendung minderwertiger Baumwolldochte oder unzureichend behandelter Kerne kann das Bad verunreinigen. Bei der Herstellung werden Baumwollkerne manchmal antistatisch behandelt, wodurch das Bad verunreinigt wird. Erhöhen Sie bei diesen Problemen die Belüftung, und entfernen Sie rechtzeitig den Oberflächenschaum. Weichen Sie Baumwollkerne in sauren und alkalischen Bädern ein, um sie vor der Verwendung zu reinigen.
Brettaufhellung oder ungleichmäßige Farbe
Eine Aufhellung der Platine oder eine ungleichmäßige Farbe kann auf Probleme mit dem Gleichgewicht der Aufheller im Kupferbad, auf starke organische Verunreinigungen oder eine zu hohe Badtemperatur zurückzuführen sein. Eine saure Entfettung verursacht in der Regel keine Probleme beim Waschen. Wenn jedoch der pH-Wert des Wassers sauer und die organische Belastung hoch ist, insbesondere wenn Recycling-Waschwasser verwendet wird, kann das Waschen schlecht sein. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Mikroätzung.
Die Konzentration des Mikroätzens kann niedrig sein, der Kupfergehalt des Bades kann hoch sein, die Badtemperatur kann niedrig sein. All dies führt zu einer ungleichmäßigen Mikroätzung. Schlechte Spülwasserqualität, lange Spülzeiten oder eine Verunreinigung der Säure vor dem Eintauchen können eine leichte Oxidation auf der Leiterplattenoberfläche verursachen. Da der Kupfertank säurehaltig ist und die Leiterplatten beim Eintauchen in den Tank unter Spannung stehen, lässt sich das Oxid nur schwer entfernen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Farbe der Platine. Wenn die Leiterplatte mit dem Anodenbeutel in Kontakt kommt, verursachen ungleichmäßige Anodenleitfähigkeit oder Anodenpassivierung ebenfalls solche Fehler.
Kurze praktische Maßnahmen und Checkliste
- Halten Sie den Galvanisierungsstrom im richtigen Bereich. Mit Messgeräten prüfen.
- Halten Sie die Konzentrationen von Aufhellern und Additiven innerhalb der Spezifikationen.
- Halten Sie die Badtemperatur konstant. Bei Bedarf Temperaturregelung verwenden.
- Kontrollieren Sie die Wasserqualität und die Spüldauer. Führen Sie nach jedem Schritt eine Vollspülung durch.
- Wartung der Filter und Luftfilter. Ersetzen Sie bei Bedarf die Filterpatronen.
- Reinigen Sie Anoden und Anodenbeutel regelmäßig. Richtiges Waschen und Einweichen.
- Verwenden Sie die richtigen chemischen Qualitäten (bevorzugt CP-Qualität). Vermeiden Sie minderwertige Industriechemikalien, wenn es auf Reinheit ankommt.
- Vermeiden Sie lange Lagerzeiten für Platten nach stromlosem Kupfer. Tanks sauber halten und trübe Bäder wechseln.
- Halten Sie Vorrichtungen und Gestelle in gutem Zustand. Vermeiden Sie lose Klemmen und offene Kontaktstellen.
- Verhindern, dass Staub und Öl in die Bäder gelangen. Maschinen und Luftmesser reinigen.
- Verwenden Sie Testtafeln und schrittweise Prüfungen, um die Fehlerquelle zu finden.
- Wenn ein Defekt auftritt, führen Sie zunächst lokale Tests durch, z. B. sanftes Bürsten, und passen Sie dann den Prozess und die Wartung an.
