孔金属化板板面起泡成因及对策探讨

作者：南京电力自动化设备总厂七分厂 王波

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摘要：本文介绍了对一例孔金属化板板面起泡现象产生原因的分析，并就分析提出各种解决方法。最终确定引起孔金属化板板面起泡的原因。
; c2 }2 a1 V! V5 n关键词：起泡、化学沉铜、全板电镀、活性、组份、自催化反应、歧化
- s, B3 N" j, s. c0、 现象
, z% ?; E& e6 Z一次， 更换沉铜槽槽液后，化学镀后的双面板经全板电镀厚铜后发现板面起泡，并伴有结瘤。起泡处形状不规则，目测其形状跟某种液体的自然流动而留下痕迹相似，并且每一处起泡都是以点开始的。' g# x! l8 {4 C# G
1.1一次分析' r9 ~8 R3 ~3 I, L7 Q6 S7 x- ~, Z
我们孔金属化板的典型工艺流程是：化学沉铜（去油——水洗——粗化——水洗——酸性预浸——活化——水洗——还原（1）——还原（2）——沉铜），全板电镀厚铜（水喷淋——酸预浸——全板电镀——水洗——钝化——水洗——风干）。
0 T9 s, h  v1 g1 D- D根据工艺流程我们直接否定了故障产生于电镀工段，因为电镀流程简单，如果产生这一现象，那末唯一的工序就是全板电镀，即是说电镀槽引入有机杂质。但是，共用电镀槽的图形电镀铜却没任何问题，因而确定产生于化学沉铜工段。
- _, g# w: L7 D在化学沉铜工段，我们将重点放在还原与沉铜工序。因为根据更换槽液前的处理效果，去油与活化都不错，粗化与此现象没太大关系，而且这几槽槽液都没有更换。; m! ]0 e1 C/ k# q' {/ Q, N! `
根据起泡形状分析认为：这是由还原液引起，因为沉铜液的配制严格按照供应商提供的参数执行，还原液也是刚刚配制的，还原剂中引入杂质可能导致这一现象。还原剂的成份不清楚，只知是浓缩液。还原之后没有水洗，直接进行化学沉铜，这使杂质带入沉铜槽成为可能。
( y2 h. D  {/ q$ a1.2解决方案
* j. u- [7 d) u+ Q经与供应商联系，供应商建议将还原（2）改为蒸馏水水洗。采用建议后，情况有所改观，但是没有达到生产所要求的稳定度。经过一周多的维护与调整，溶液达到稳定状态，经过化学沉积铜的板面色泽鲜艳，铜层致密，经全板电镀后也没有起泡产生。
9 x8 A4 _4 U2 j1.3小结
0 n* x: }0 \& @; x从上面的情况我们反过来思考所作的分析，在这一周多的时间内仍按供应商的参数维护，仅仅隔两到三天更换一次还原（2）的蒸馏水水洗，以防止还原（2）因还原（1）的残留液的带入而使起浓度上升。从这一情况看我们认为还原引入杂质的分析有误。8 r5 ^9 L0 y, L4 }+ f
2.1二次分析
0 Y7 G! z6 D# n. [既然否定杂质的引入的可能，那么原因何在呢？在控制过程中发现新配溶液的反应很快，起泡是否与活性有关呢？这引起我们的关注，但因为溶液已达到稳定状态，故障无从找起，槽液的更换周期较长，对于起泡的跟踪观察就停止。; l3 b1 m7 g$ @2 W
我们就活性的相关因素：Cu、NaOH、HCHO等组份的含量，工作温度，络合剂含量，稳定剂进行分析。
8 G+ u7 o. s8 w我们从下列图中可知：
7 ?) e- }, X- \1 Q0 M# T1） 沉积速率随着Cu含量的升高而升高，在起始部分几乎呈正比关系。
5 o. E! B" b, l. F, c6 f' f2） 随着OH-、HCHO的浓度及温度的上升，沉积速率亦随之上升。可以从反应主式中得以证实：2 A$ w, Q; [7 t( M' H1 k' u
2HCHO+2Cu2++4OH-→Cu+2HCHOO-+2H2O+H2↑ (1)- X$ E$ r' R# Q6 M, M. w
当[HCHO]、[Cu2+]、[OH-]中的任意一项上升，平衡就左移，即反应速度加快。
; v' w1 y8 h7 ~1 j$ n  P3） 浓度超过阀值，沉积速度增长缓慢，有资料表明此时副反应增强。其中几个副反应值得注意：
( R0 q; j4 h2 z, ~6 D! m4 k5 CCu2+→Cu+(2)8 I; N. F- O& @) k1 c6 o* t$ v. r
Cu++Cu+ →Cu↓+Cu2+ (3)
& R: @, O3 H% z（2）、（3）式说明了在强碱条件下，Cu2+可能被还原成Cu+，Cu+在强碱条件下易歧化形成细小的粒，不规则的分布于溶液中。
6 N7 j( ]- J0 u  e, j1 @  K/ w/ j4） 反应（1）式中有H2产生。. W" J3 j7 }: k
因此从反应入手分析：新配制溶液的浓度我们一般取推荐的上限与下限值的中值，因此溶液的活性极强。假设经高浓度的还原（1）处理后，再经低浓度 还原（2）处理，板面部分残留液的浓度还没有完全降低，直接入化学沉铜槽，极强活性的镀液使Cu在板面迅速沉积，残留液浓度较高部分的催化性较强，其反应速度也较快，使Cu来不及均匀、致密的沉积并与基材铜箔牢固结合。反应产生的H2也来不及排出，就被沉积的铜包围形成气泡，从而使沉积的铜游离于基材铜箔产生起泡。瘤状物质则有可能是高速反应的副产物Cu颗粒附着于板面，我们知道Cu颗粒以球面与溶液接触，不似基材铜箔以部分面积接触。因此就反应面积而言，铜颗粒较大，其反应速度也快许多，使局部自催化反应的化学沉积越来越快。) H0 p8 v; ~; w( h4 \7 g, Q
基于上述的认识，我们知道活性过强（即反应过快）是起泡产生的根本原因。因而控制反应速度才能从根本上解决起泡的产生。
& S5 N! t5 ~1 g$ P2.2解决方案- @7 [* o. O& G9 U9 i. h4 B
有2.1的分析，在第二次更换槽液时，我们注意了组分的控制，并将供应商的参数作了更改，现表述如下：0 @& v. }7 [. i  z  a& k, ~" I" ]$ C
经上述变更后，工作温度采用低温启动组份控制在较低的状态。更换槽液第一天沉积出的板子，色泽鲜艳、镀层致密，孔化质量好，起泡比例只有0.8%（按块数计）左右，即使存在这一现象的，起泡面积小、程度轻。相对前一次大批量、大面积、程度严重的情况而言，状况改观极大。经两到三天的正常维护，起泡现象完全消失，从而达到稳定生产。8 t, H  `) C6 t. f
2.3小结! w* h- A) @* N2 U  L3 K1 L
经上述的调整，基本达到我们所期望的状态，但依然存在起泡现象。源于这次的调整是一次试验。各组份没有达到最佳的匹配状态。经过适当的调整是完全能达到最佳的。, }/ T1 H% m2 G- N
3.几点建议+ z% A. l7 |8 g9 X3 b, O
1） 从综合因素考虑，减缓反应速度的措施可全面一些。在降低Cu、HCHO、NaOH组份浓度的同时，可增加络合剂、稳定剂的浓度，这样既可使组份保持相对较高的浓度，避免组份浓度过低造成黑孔及其它不良的孔化，又可以保持较为缓慢的反应速度。即是说采取单一的方式是不可取的，那样会导致溶液组份失去平衡。, H7 Q4 ~* R" R( f2 h* e5 s0 U' B
2） 随时间的推移，组份浓度应随着升高。所以，在开始的几天，严密监控组份浓度极为重要，根据沉积质量适当调整组份浓度。当达到稳定状态时，应逐步恢复到供应商的参数值。  n( M9 L  @3 q; Z
3） 还原剂浓度适当低些。3 K  L4 h! K, s0 t
必须指出：本文只作定性的讨论，对于量的概念应根据实际情况予以不同的处理。所以在行文过程中体现出这一点。在操作过程中作好记录，找出一般性规律以便于规律性添加，因为有些组份的增长并非线性。
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