电镀结节—它们来自哪里?

　　电镀结节有时会变得十分难看。有人可能认为这些结节问题很容易解决。但更多时候，解决这类问题需要对工艺有更深入的研究。本专栏文章中将通过研究实例对其原则进行阐释。在这个现实的故障排除操作例子中，在两个不同的电镀槽中电镀的PWB上检测到电镀异常。这一研究表明，这些缺陷的根源有两个不同的原因。一个是跟添加剂的控制相关，另一个与溶液的过滤和阳极的维护相关。这一研究探究电镀粗糙现象，造成这一现象的多种原因以及纠正措施。

　　严重电镀粗糙/结节

　　在以往的专栏中，作者已经就铜电镀结节问题提出了很多可能性。然而，对于这一家PWB制造商来说，发生的情况就比较极端了。

　　图1来源：IPC-9121工艺效果手册

　　图2：严重结节——但是铜自然结晶。来源：伊利诺斯州班诺克本IPC照片档案

　　图2中，同一制造商的电路上出现了类型多少有点不同的结节。这种缺陷只发生在在不同电镀槽进行电镀的电路板上。基本上就是同一制造商上有两种不同类型的结节和粗糙。图1所示的结节清楚地显示了“正常”铜晶粒结构（等轴细晶）。但图2中，晶粒很大。此外，图1中显示的结节和粗糙可以看出，一些类似碎片的东西已经在电镀周围产生。那么如何进行故障排除呢？

　　很明显有两种不同的问题，并且都与结节/粗糙相关。但是，粗糙/结节的来源似乎不同。因此，故障排除需要从更广阔的视角进行考虑。需要立刻进行几步操作。首先，对整条生产线的化学工艺进行分析。检查电镀液的质量。巡视整条生产线！

　　其中最后一步提供了一些必须重视的额外信息。在首次对电镀槽进行检查时，发现这一电镀槽的电镀支架在接触支架上未正确放置，可以看到接触区域的间隔。这当然不是实现从电镀槽和电镀架通往电路板最佳导电方式。电镀槽的电阻越大，通往电路板的电流越小。从这一点可以推测镀层的厚度和分布情况不会理想。电镀槽内较差的电接触会造成较大电阻，因此影响电镀质量。这些症状之一如图2所示的“烧毁”或电镀粗糙。

　　同样需要谨慎检查它们从整流器通往电镀槽的各自连接的电线。这些电线的型号是否合适，能否传输必要的电流达到最佳的电镀分布？或是电线是否质量不佳，在将电流传输到电路板之前就已经损失了一部分？检查不明显的部分！你可以避免你之后的头痛和心痛情况。

　　第二，电镀液分析发现了另一个需要解决的问题。这一部分的问题与酸性铜电镀槽的电镀添加剂的控制相关。在出现较大铜晶粒的电镀槽内，故障排除中发现，为确保酸性镀铜过程正常进行的两种必要的关键添加剂（有机添加剂和氯根离子）含量极低。分析确实显示出这两种添加剂的含量低于最佳电镀质量要求的最低含量。

　　市场上可以买到各种添加剂。这些添加剂能提供一个机制，确保铜沉积物能在一个符合标准的易延展的环境下进行电镀。典型的添加剂包括晶粒细化剂、流平剂和抑制剂。在本文的环境中，晶粒细化剂可以跟“光亮剂”互换。氯离子和有机添加剂一起起到提亮和调平的作用，而且提升阳极腐蚀的平整性。（在之后的专栏中，作者将提供更多有关电镀添加剂的信息。）目前，需要关注眼前的问题。

　　分析后，有问题的电镀槽应该手动加入添加剂。但是，由于操作员认为板看起来没有问题，已经36个小时没有对添加剂进行分析了。有机添加剂和氯离子这类的其他化学添加剂对电镀质量有重大影响。使用CVS（循环电压提溶分析）和传统Hull池进行分析时，明显发现电镀液中的添加剂严重不足。当修正了有机添加剂浓度低，氯根离子不足的环境后，图2中的电镀情况彻底好转。为进行更好的测量，调整了电镀架以便增加电镀支架和电镀槽之间的接触面。

　　现在，2号室电镀板的环境缺陷与电镀添加剂相关，而1号室（图1）的缺陷有不同的来源。很明显，图1的缺陷可以追溯为电镀液或印刷电路板中的微粒物质或不可溶性物质。同样，电镀槽的检查表明的确存在微粒物质未从电镀槽中过滤掉。虽然知道了这一点，但微粒物质的来源还尚不明确。已知的是，阳极沉淀物（电镀过程中在铜阳极形成）能够进入电镀液，造成粗糙现象。问题是如何进入的？应该对阳极袋本身（阳极袋罩住阳极，设计用来防止物质进入溶液中）进行检查。发现有些阳极袋已经严重磨损，已经撕裂。作为纠正措施，我们使用了新的阳极袋对其进行替换。此外，对电镀过滤进行了改进。在这种情况下，使用5微米的过滤器代替25微米的过滤器。溶液过滤率稳定，每小时进行三次溶液周转。结果是对1号电镀槽内的电镀质量有显著改进。

　　总结

　　实际案例研究再次指出，解决印刷电路板的缺陷十分复杂。在这个案例中，这些缺陷都是外部的，能够在酸性铜电镀后明显看出来。但是，根本原因分析指出，这些缺陷有两个不同的来源。故障排除操作能够分别恰当地解决。