PCB生產(chǎn)過程中對銅面氧化的防范手段
發(fā)布時間：2021-06-17
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本文主要論述了在PCB 生產(chǎn)過程中對銅面氧化的防范手段，探討引用一種新型銅面防氧化劑的情況。
當前在雙面與多層 PCB 生產(chǎn)過程中沉銅、整板電鍍后至圖形轉(zhuǎn)移的運轉(zhuǎn)周期中，板面及孔內(nèi)（由其小孔內(nèi)）銅層的氧化問題嚴重影響著圖形轉(zhuǎn)移及圖形電鍍的生產(chǎn)品質(zhì)；另內(nèi)層板由于氧化造成的AOI 掃描假點增多，嚴重影響到AOI 的測試效率等；此類事件一直以來是業(yè)內(nèi)比較的事，現(xiàn)就此問題的解決及使用專業(yè)的銅面防氧化劑做一些探討。
1. 目前PCB 生產(chǎn)過程中銅面氧化的方法與現(xiàn)狀
1.1 沉銅—整板電鍍后的防氧化
一般沉銅、整板電鍍后的板子大多會經(jīng)過：
（1）1-3%的稀硫酸處理；
（2）75-85℃的高溫烘干；
（3）然后插架或疊板放置，等待貼干膜或印制濕膜做圖形轉(zhuǎn)移；
（4）而在此過程中，板子少則需放置2-3 天，多則5-7 天；
（5）此時的板面和孔內(nèi)銅層早就氧化成“黑乎乎”的了。
在圖形轉(zhuǎn)移的前處理，通常都會采用“3%的稀硫酸+磨刷”的形式對板面銅層進行處理。而孔內(nèi)只有靠酸洗的處理效果了，且小孔在前面的烘干過程中是很難達到理想效果的；因此小孔內(nèi)往往因干燥不徹底、藏有水份，其氧化程度也比板面嚴重的多，靠區(qū)區(qū)酸洗是無法其頑固的氧化層的。這就可能導致板子經(jīng)圖形電鍍、蝕刻后造成因孔內(nèi)無銅而報廢。
1.2 多層板內(nèi)層的防氧化
通常內(nèi)層線路完成后，即經(jīng)過顯影、蝕刻、退膜及3%稀硫酸處理。然后通過隔膠片的方式存放與轉(zhuǎn)運及等待AOI 掃描與測試；雖然在此過程中，操作、轉(zhuǎn)運等都會特別小心與仔細，但板面還是難免有諸如手指印、污點、氧化點等瑕疵；在AOI 掃描時會有大量的假點產(chǎn)生，而AOI 的測試是根據(jù)掃描的數(shù)據(jù)進行的，即所有的掃描點（包括假點）AOI 都要進行測試，這樣就導致了AOI的測試效率非常低下。
2. 引入銅面防氧化劑的一些探討
目前多家 PCB 供應商都有推出不同的銅面防氧化劑，以供生產(chǎn)之用；該的主要工作原理為：利用有機酸與銅原子形成共價鍵和配合鍵，相互多替成鏈狀聚合物，在銅表面組成多層保護膜，使銅之表面不發(fā)生氧化還原反應，不發(fā)生氫氣，從而起到防氧化的作用。根據(jù)我們在實際生產(chǎn)中的使用情況和了解，該銅面防氧化劑一般具有以下優(yōu)點：
a. 工藝簡單、適用范圍寬，易于操作與維護；
b. 水溶性工藝、不含鹵化物及鉻酸鹽，利于環(huán)境保護；
c. 生成的防氧化保護膜的褪除簡單，只需常規(guī)的“酸洗+磨刷”工藝；
d. 生成的防氧化保護膜不影響銅層的焊接性能和幾乎不改變接觸電阻。
2.1 在沉銅—整板電鍍后防氧化的應用
在沉銅—整板電鍍后的處理過程中，將“稀硫酸”改成專業(yè)用“銅面防氧化劑”，其它如干燥及之后的插架或疊板等操作方式不變；在此處理過程中，板面與孔內(nèi)銅層表面上會生成一層很薄且均勻的防氧化保護膜，能夠?qū)~層表面與空氣完全隔絕，防止空氣中硫化物接觸銅面，使銅層氧化和變黑；通常情況下，該防氧化保護膜的有效儲置期可達6-8 天，完全可滿足一般工廠的運轉(zhuǎn)周期。
在圖形轉(zhuǎn)移的前處理，只需采用通常的“3%的稀硫酸+磨刷”的方式，即可將板面及孔內(nèi)的防氧化保護膜快速、完全去除，對后續(xù)工序無任何影響。
2.2 在多層板內(nèi)層防氧化的應用
與常規(guī)處理的程序相同，只需將水平生產(chǎn)線中的“3%稀硫酸”改成專業(yè)用“銅面防氧化劑”即可。其它如干燥、存儲、轉(zhuǎn)運等操作不變；經(jīng)此處理后，板面同樣會生成一層很薄且均勻的防氧化保護膜，將銅層表面與空氣完全隔絕，使板面不被氧化。同時也防止手指印、污點直接接觸板面，減少AOI 掃描過程中的假點，從而提高AOI 的測試效率。
3. 分別使用稀硫酸和銅面防氧化劑處理后的內(nèi)層板AOI 掃描、測試的對比
以下為分別使用稀硫酸與銅面防氧化劑處理的同一型號、同一批號的內(nèi)層板，各10PNLS 在AOI掃描與測試的結(jié)果對比。
注：由以上的測試數(shù)據(jù)可知：
a. 使用銅面防氧化劑處理的內(nèi)層板的AOI 掃描假點數(shù)是使用稀硫酸處理的內(nèi)層板的AOI 掃描假點數(shù)的9%不到；
b. 使用銅面防氧化劑處理的內(nèi)層板的AOI 測試氧化點數(shù)為：0；而使用稀硫酸處理的內(nèi)層板的AOI 測試氧化點數(shù)為：90。
4. 總結(jié)
總之，隨著電路板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品檔次的提升；由于氧化造成的小孔無銅報廢及內(nèi)、外層AOI測試效率的低下，都是PCB 生產(chǎn)過程中需要大力解決的；而銅面防氧化劑的出現(xiàn)與應用，對諸如此類問題的解決提供了很好的幫助。相信，在今后的PCB 生產(chǎn)過程中，銅面防氧化劑的使用會越來越普及。
當前在雙面與多層 PCB 生產(chǎn)過程中沉銅、整板電鍍后至圖形轉(zhuǎn)移的運轉(zhuǎn)周期中，板面及孔內(nèi)（由其小孔內(nèi)）銅層的氧化問題嚴重影響著圖形轉(zhuǎn)移及圖形電鍍的生產(chǎn)品質(zhì)；另內(nèi)層板由于氧化造成的AOI 掃描假點增多，嚴重影響到AOI 的測試效率等；此類事件一直以來是業(yè)內(nèi)比較的事，現(xiàn)就此問題的解決及使用專業(yè)的銅面防氧化劑做一些探討。
1. 目前PCB 生產(chǎn)過程中銅面氧化的方法與現(xiàn)狀
1.1 沉銅—整板電鍍后的防氧化
一般沉銅、整板電鍍后的板子大多會經(jīng)過：
（1）1-3%的稀硫酸處理；
（2）75-85℃的高溫烘干；
（3）然后插架或疊板放置，等待貼干膜或印制濕膜做圖形轉(zhuǎn)移；
（4）而在此過程中，板子少則需放置2-3 天，多則5-7 天；
（5）此時的板面和孔內(nèi)銅層早就氧化成“黑乎乎”的了。
在圖形轉(zhuǎn)移的前處理，通常都會采用“3%的稀硫酸+磨刷”的形式對板面銅層進行處理。而孔內(nèi)只有靠酸洗的處理效果了，且小孔在前面的烘干過程中是很難達到理想效果的；因此小孔內(nèi)往往因干燥不徹底、藏有水份，其氧化程度也比板面嚴重的多，靠區(qū)區(qū)酸洗是無法其頑固的氧化層的。這就可能導致板子經(jīng)圖形電鍍、蝕刻后造成因孔內(nèi)無銅而報廢。
1.2 多層板內(nèi)層的防氧化
通常內(nèi)層線路完成后，即經(jīng)過顯影、蝕刻、退膜及3%稀硫酸處理。然后通過隔膠片的方式存放與轉(zhuǎn)運及等待AOI 掃描與測試；雖然在此過程中，操作、轉(zhuǎn)運等都會特別小心與仔細，但板面還是難免有諸如手指印、污點、氧化點等瑕疵；在AOI 掃描時會有大量的假點產(chǎn)生，而AOI 的測試是根據(jù)掃描的數(shù)據(jù)進行的，即所有的掃描點（包括假點）AOI 都要進行測試，這樣就導致了AOI的測試效率非常低下。
2. 引入銅面防氧化劑的一些探討
目前多家 PCB 供應商都有推出不同的銅面防氧化劑，以供生產(chǎn)之用；該的主要工作原理為：利用有機酸與銅原子形成共價鍵和配合鍵，相互多替成鏈狀聚合物，在銅表面組成多層保護膜，使銅之表面不發(fā)生氧化還原反應，不發(fā)生氫氣，從而起到防氧化的作用。根據(jù)我們在實際生產(chǎn)中的使用情況和了解，該銅面防氧化劑一般具有以下優(yōu)點：
a. 工藝簡單、適用范圍寬，易于操作與維護；
b. 水溶性工藝、不含鹵化物及鉻酸鹽，利于環(huán)境保護；
c. 生成的防氧化保護膜的褪除簡單，只需常規(guī)的“酸洗+磨刷”工藝；
d. 生成的防氧化保護膜不影響銅層的焊接性能和幾乎不改變接觸電阻。
2.1 在沉銅—整板電鍍后防氧化的應用
在沉銅—整板電鍍后的處理過程中，將“稀硫酸”改成專業(yè)用“銅面防氧化劑”，其它如干燥及之后的插架或疊板等操作方式不變；在此處理過程中，板面與孔內(nèi)銅層表面上會生成一層很薄且均勻的防氧化保護膜，能夠?qū)~層表面與空氣完全隔絕，防止空氣中硫化物接觸銅面，使銅層氧化和變黑；通常情況下，該防氧化保護膜的有效儲置期可達6-8 天，完全可滿足一般工廠的運轉(zhuǎn)周期。
在圖形轉(zhuǎn)移的前處理，只需采用通常的“3%的稀硫酸+磨刷”的方式，即可將板面及孔內(nèi)的防氧化保護膜快速、完全去除，對后續(xù)工序無任何影響。
2.2 在多層板內(nèi)層防氧化的應用
與常規(guī)處理的程序相同，只需將水平生產(chǎn)線中的“3%稀硫酸”改成專業(yè)用“銅面防氧化劑”即可。其它如干燥、存儲、轉(zhuǎn)運等操作不變；經(jīng)此處理后，板面同樣會生成一層很薄且均勻的防氧化保護膜，將銅層表面與空氣完全隔絕，使板面不被氧化。同時也防止手指印、污點直接接觸板面，減少AOI 掃描過程中的假點，從而提高AOI 的測試效率。
3. 分別使用稀硫酸和銅面防氧化劑處理后的內(nèi)層板AOI 掃描、測試的對比
以下為分別使用稀硫酸與銅面防氧化劑處理的同一型號、同一批號的內(nèi)層板，各10PNLS 在AOI掃描與測試的結(jié)果對比。
注：由以上的測試數(shù)據(jù)可知：
a. 使用銅面防氧化劑處理的內(nèi)層板的AOI 掃描假點數(shù)是使用稀硫酸處理的內(nèi)層板的AOI 掃描假點數(shù)的9%不到；
b. 使用銅面防氧化劑處理的內(nèi)層板的AOI 測試氧化點數(shù)為：0；而使用稀硫酸處理的內(nèi)層板的AOI 測試氧化點數(shù)為：90。
4. 總結(jié)
總之，隨著電路板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品檔次的提升；由于氧化造成的小孔無銅報廢及內(nèi)、外層AOI測試效率的低下，都是PCB 生產(chǎn)過程中需要大力解決的；而銅面防氧化劑的出現(xiàn)與應用，對諸如此類問題的解決提供了很好的幫助。相信，在今后的PCB 生產(chǎn)過程中，銅面防氧化劑的使用會越來越普及。
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