Quá trình mạ đồng bằng axit sunfuric đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình mạ điện PCB. Chất lượng của quá trình mạ đồng bằng axit sunfuric ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp đồng trên PCB. Nó cũng ảnh hưởng đến các tính chất cơ học liên quan. Nó có thể ảnh hưởng đến các bước xử lý sau này. Vì vậy, kiểm soát chất lượng của quá trình mạ đồng bằng axit sunfuric là một bước quan trọng trong quá trình mạ điện PCB. Nhiều nhà máy lớn gặp khó khăn trong việc kiểm soát bước này một cách hiệu quả. Dựa trên nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực mạ và dịch vụ kỹ thuật, tôi tóm tắt ngắn gọn dưới đây. Hy vọng điều này sẽ hữu ích cho những người làm mạ trong lĩnh vực PCB.
Các vấn đề thường gặp trong quá trình mạ đồng bằng axit chủ yếu là những vấn đề sau:
- Bề mặt mạ thô.
- Các hạt đồng trên bề mặt bảng mạch.
- Lỗ ăn mòn trên bề mặt mạ.
- Bề mặt bảng bị trắng hoặc màu không đều.
Dưới đây, tôi tóm tắt các vấn đề và đưa ra phân tích ngắn gọn, giải pháp và các biện pháp phòng ngừa.
Mạ thô
Lớp mạ thô thường xuất hiện ở các góc của bảng mạch. Hầu hết các trường hợp, điều này là do dòng điện mạ quá cao. Bạn có thể giảm dòng điện. Sử dụng đồng hồ kẹp để kiểm tra xem giá trị dòng điện có bất thường hay không.
Nếu toàn bộ bảng mạch bị nhám, tình trạng này hiếm khi xảy ra. Tôi từng gặp một trường hợp tại nhà khách hàng. Sau đó, chúng tôi phát hiện thời tiết vào mùa đông rất lạnh. Nồng độ chất làm sáng (chất làm sáng) quá thấp. Ngoài ra, đôi khi các bảng mạch đã được sửa chữa lại và mất lớp chống ăn mòn không được làm sạch kỹ lưỡng. Điều đó có thể gây ra tình trạng tương tự.
Cách kiểm tra và khắc phục:
- Giảm dòng điện và quan sát kết quả.
- Kiểm tra nồng độ chất làm sáng.
- Đảm bảo các bảng mạch đã được sửa chữa được làm sạch kỹ lưỡng trước khi mạ.
Các hạt đồng trên bề mặt bảng mạch
Nhiều yếu tố có thể gây ra các hạt đồng. Chúng có thể xuất phát từ bước mạ đồng không điện, từ toàn bộ quá trình chuyển mẫu, hoặc từ chính bước mạ đồng.
Nguyên nhân trong bước mạ đồng không điện
Các hạt đồng do quá trình mạ đồng không điện phân gây ra có thể xuất phát từ bất kỳ bước nào trong quá trình đó.
- Tẩy dầu bằng kiềm trong nước cứng hoặc khi bụi khoan nhiều (đặc biệt trên các bảng hai mặt không được loại bỏ nhựa đúng cách) và khi quá trình lọc kém. Điều này có thể gây ra bề mặt bảng thô ráp và cũng gây thô ráp bên trong lỗ. Thông thường, điều này gây ra các lỗ thô ráp. Các vết bẩn nhỏ như đốm trên bề mặt bảng có thể được loại bỏ bằng phương pháp etching vi mô.
- Vấn đề về quá trình etching vi mô: Hydrogen peroxide hoặc axit sunfuric được sử dụng trong quá trình etching vi mô có thể có chất lượng kém. Hoặc ammonium persulfate (hoặc sodium persulfate) có thể chứa quá nhiều tạp chất. Tôi đề nghị ít nhất nên sử dụng hóa chất cấp CP. Hóa chất cấp công nghiệp thường gây ra các sự cố khác.
- Nồng độ đồng cao trong bể ăn mòn vi mô hoặc nhiệt độ môi trường thấp có thể khiến tinh thể sunfat đồng hình thành chậm trong bể. Dung dịch bể bị đục hoặc ô nhiễm cũng gây ra vấn đề.
Vấn đề về dung dịch kích hoạt
Vấn đề trong bể hoạt hóa thường do ô nhiễm hoặc bảo trì kém. Ví dụ, bơm lọc hút không khí, tỷ trọng của bể hoạt hóa thấp hoặc hàm lượng đồng cao. Nếu bể hoạt hóa được sử dụng quá lâu (ví dụ hơn ba năm), các hạt hoặc chất keo có thể hình thành. Các hạt này có thể bám vào bề mặt bảng mạch hoặc thành lỗ. Điều này thường xuất hiện với các lỗ có bề mặt nhám.
Bể tẩy hoặc bể gia tốc
Nếu bồn tắm được sử dụng quá lâu và trở nên đục, điều này sẽ gây ra vấn đề. Nhiều chất tẩy rửa hiện đại sử dụng công thức axit floroboric. Những chất này có thể làm hỏng sợi thủy tinh trong FR-4. Điều này làm tăng hàm lượng silicat và canxi trong bể tắm. Sự gia tăng hàm lượng đồng và thiếc hòa tan cũng có thể gây ra các hạt đồng trên bề mặt bảng.
Bể mạ đồng không điện phân
Bể chứa có thể có hoạt động quá mạnh. Sự khuấy trộn không khí có thể gây bụi. Bể chứa có thể chứa nhiều hạt rắn lơ lửng. Bạn có thể điều chỉnh các thông số quá trình, thêm hoặc thay thế bộ lọc không khí, hoặc lọc toàn bộ bể chứa để giải quyết vấn đề.
Sau khi mạ đồng không điện, không nên lưu trữ bảng mạch trong bể axit loãng quá lâu. Giữ bể đó sạch sẽ. Nếu bể bị đục, hãy thay ngay. Nếu để bảng mạch đã mạ đồng không điện quá lâu, nó sẽ bị oxy hóa. Ngay cả trong dung dịch axit, nó vẫn có thể bị oxy hóa. Lớp oxit khó loại bỏ và điều này có thể dẫn đến các hạt đồng trên bề mặt.
Ngoài quá trình oxy hóa bề mặt, các hạt đồng từ quá trình mạ đồng không điện phân thường phân bố đều trên bảng mạch. Mô hình phân bố là đều đặn. Các tạp chất gây ra hiện tượng này, dù có tính dẫn điện hay không, đều có thể gây ra các hạt đồng trên bảng mạch đã mạ hoàn thiện. Để khắc phục sự cố, hãy sử dụng các bảng mạch thử nghiệm nhỏ và xử lý từng bước để xác định nguyên nhân. Đối với bảng mạch sản xuất có lỗi này, bạn có thể thử chải nhẹ bằng bàn chải mềm để loại bỏ các hạt đồng.
Bước chuyển giao mẫu
Vấn đề chuyển mẫu có thể gây ra các hạt nhỏ. Nếu còn lại lớp kháng sau khi phát triển (lớp kháng mỏng vẫn có thể được mạ và sau đó bị che phủ) hoặc nếu quá trình làm sạch sau khi phát triển không tốt, hoặc nếu bảng mạch để quá lâu sau khi chuyển mẫu, bề mặt bảng mạch có thể bị oxy hóa ở các mức độ khác nhau. Tình trạng này trở nên nghiêm trọng hơn khi quá trình làm sạch sau khi chuyển mẫu không tốt hoặc khu vực lưu trữ có ô nhiễm không khí nặng. Giải pháp là cải thiện quá trình rửa nước, tổ chức lịch sản xuất sao cho bảng mạch không phải chờ quá lâu, và tăng cường quá trình tẩy dầu bằng axit.
Bể đồng axit và nguyên nhân gây ra các nốt sần
Thông thường, quá trình tiền xử lý bể đồng axit không gây ra các hạt kết tủa vì các hạt không dẫn điện chủ yếu gây ra hiện tượng mạ không đều hoặc lỗ rỗ. Tuy nhiên, các vấn đề của bể đồng gây ra hạt kết tủa có thể được phân loại thành các nhóm sau: duy trì thông số bể, vận hành sản xuất, vật liệu và bảo trì.
- Bảo trì thông số bồn tắm: Nồng độ axit sunfuric quá cao, nồng độ đồng quá thấp, nhiệt độ bể quá thấp hoặc quá cao. Đặc biệt trong các nhà máy không có hệ thống kiểm soát nhiệt độ và làm mát phù hợp, dải mật độ dòng điện có thể giảm. Trong điều kiện hoạt động bình thường, điều này có thể khiến bột đồng hình thành trong bể.
- Hoạt động sản xuất: Sử dụng dòng điện quá cao, dụng cụ kẹp hoặc kẹp không tốt, điểm kẹp mở, bảng mạch rơi vào bể và chạm vào anot gây hòa tan đều có thể gây ra dòng điện cao cục bộ. Điều này khiến bột đồng hình thành và rơi vào bể, tạo thành các hạt kết tủa.
- Vật liệu: Vấn đề với điện cực đồng phốt pho và sự phân bố phốt pho không đều có thể gây ra sự cố.
- Bảo trì quy trình: Khi thực hiện các công việc bảo trì lớn, các mảnh đồng hoặc mảnh vụn có thể rơi vào bể. Nhiều nhà máy không vệ sinh các điện cực và túi điện cực một cách kỹ lưỡng. Điều này gây ra các rủi ro tiềm ẩn. Đối với các công việc bảo trì lớn, hãy vệ sinh bề mặt điện cực kỹ lưỡng và sử dụng hydrogen peroxide để mài mòn vi mô, giúp lộ ra lớp đồng mới. Ngâm túi điện cực trước tiên trong dung dịch axit sunfuric + hydrogen peroxide, sau đó trong dung dịch kiềm và rửa sạch. Sử dụng túi lọc PP có khe hở từ 5–10 micron.
Lỗ mạ (Lỗ mạ nhỏ như điểm)
Nhiều công đoạn có thể gây ra các vết lõm. Các công đoạn này bao gồm mạ đồng không điện, chuyển mẫu, xử lý trước khi mạ, mạ đồng và mạ thiếc.
- Nguyên nhân gây ra lớp đồng không điện phân: Nếu các giỏ hoặc giá đỡ đồng không điện phân không được làm sạch kỹ lưỡng trong thời gian dài, các bể ăn mòn vi mô bị nhiễm palladium hoặc đồng có thể rò rỉ từ các giỏ xuống bề mặt bảng mạch. Điều này tạo ra các điểm nhiễm bẩn. Sau khi mạ đồng, các điểm này có thể trở thành các vùng mạ không đều hoặc các vết lõm cục bộ.
- Nguyên nhân gây ra hiện tượng chuyển mẫu: Nhiều vấn đề liên quan đến máy móc và vệ sinh có thể gây ra các vết lõm. Ví dụ bao gồm: trục lăn của máy chải hoặc thanh hút nước bị nhiễm nhựa, máy sấy hoặc dao khí có dầu hoặc bụi bên trong, việc loại bỏ bụi kém trước khi ép laminate hoặc trước khi in lưới, quá trình phát triển kém trong dung dịch phát triển, rửa nước kém sau khi phát triển, chất chống bọt chứa silicone gây nhiễm bẩn bảng mạch.
- Xử lý trước khi mạ: Dù là cho quá trình tẩy dầu bằng axit, ăn mòn vi mô hay tiền ngâm, các chất chính đều chứa axit sunfuric. Nếu độ cứng của nước cao, bể tẩy sẽ trở nên đục và có thể làm ô nhiễm bề mặt bảng mạch. Ngoài ra, lớp cách điện của giá đỡ nếu kém chất lượng có thể tan chảy và lan rộng trong bể, gây ô nhiễm bể tẩy. Các hạt vi mô không dẫn điện bám vào bề mặt bảng mạch có thể gây ra hiện tượng mạ không đều với mức độ nghiêm trọng khác nhau.
- Nguyên nhân gây ra bể chứa đồng axit: Các bộ phận phun khí không đúng vị trí gây ra sự khuấy trộn không đều của khí. Bơm lọc có thể bị rò rỉ hoặc cửa vào nằm gần các bộ phận phun khí, dẫn đến việc đưa vào các bong bóng khí nhỏ. Các bong bóng này có thể bám vào bề mặt tấm hoặc các cạnh đường viền, đặc biệt là ở các cạnh ngang hoặc góc đường viền. Sử dụng bấc bông hoặc lõi bông chất lượng kém hoặc không được xử lý tốt có thể làm ô nhiễm bể. Trong quá trình sản xuất, lõi bông đôi khi được xử lý chống tĩnh điện, điều này có thể làm ô nhiễm bể. Để khắc phục các vấn đề này, hãy tăng cường khuấy khí và loại bỏ bọt bề mặt kịp thời. Ngâm lõi bông trong bể axit và kiềm để làm sạch trước khi sử dụng.
Làm trắng bề mặt hoặc màu không đều
Vấn đề làm trắng bề mặt hoặc màu sắc không đều có thể do sự mất cân bằng của chất làm sáng trong bể đồng, ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng hoặc nhiệt độ bể quá cao. Quá trình tẩy dầu bằng axit thường không gây ra vấn đề trong quá trình rửa. Tuy nhiên, nếu pH của nước rửa là axit và tải lượng hữu cơ cao, đặc biệt khi sử dụng nước rửa tái sử dụng, quá trình rửa có thể kém hiệu quả. Điều này dẫn đến hiện tượng ăn mòn vi mô không đều.
Micro-etch có thể có nồng độ thấp, hàm lượng đồng trong bể có thể cao, nhiệt độ bể có thể thấp. Tất cả những yếu tố này đều gây ra hiện tượng ăn mòn không đều. Chất lượng nước rửa kém, thời gian rửa quá dài hoặc ô nhiễm axit trước khi ngâm có thể gây ra hiện tượng oxy hóa nhẹ trên bề mặt bảng mạch. Vì bể đồng có tính axit và bảng mạch được cấp điện khi vào bể, oxit khó loại bỏ. Điều này dẫn đến màu sắc không đều trên bảng mạch. Nếu bảng mạch tiếp xúc với túi anot, độ dẫn điện không đều của anot hoặc quá trình passivation của anot cũng gây ra các khuyết tật tương tự.
Các biện pháp thực tiễn và danh sách kiểm tra
- Giữ dòng điện mạ trong phạm vi đúng. Kiểm tra bằng đồng hồ đo.
- Giữ nồng độ chất làm sáng và chất phụ gia trong giới hạn quy định.
- Giữ nhiệt độ nước tắm ổn định. Sử dụng chức năng điều chỉnh nhiệt độ khi cần thiết.
- Kiểm soát chất lượng nước và thời gian xả. Thực hiện xả sạch hoàn toàn sau mỗi bước.
- Bảo dưỡng hệ thống lọc và bộ lọc không khí. Thay thế bộ lọc khi cần thiết.
- Vệ sinh các cực dương và túi cực dương thường xuyên. Sử dụng các bước rửa và ngâm đúng cách.
- Sử dụng các loại hóa chất có chất lượng phù hợp (ưu tiên loại CP). Tránh sử dụng các loại hóa chất công nghiệp chất lượng thấp khi độ tinh khiết là yếu tố quan trọng.
- Tránh để các tấm mạch in lưu trữ quá lâu sau khi mạ đồng không điện. Giữ bể chứa sạch sẽ và thay nước mạ khi nước trở nên đục.
- Giữ cho các khuôn và giá đỡ luôn trong tình trạng tốt. Tránh sử dụng các kẹp lỏng lẻo và các điểm tiếp xúc hở.
- Ngăn bụi và dầu xâm nhập vào bồn tắm. Vệ sinh máy móc và dao khí.
- Sử dụng bảng thử nghiệm và các bước kiểm tra từng bước để xác định nguồn gốc của các lỗi.
- Khi phát hiện lỗi, hãy thực hiện các kiểm tra cục bộ trước tiên như chải nhẹ, sau đó điều chỉnh quy trình và bảo trì.
