Практический разбор ситуации: Покрытие неровностей – в чем причина?

автор Автор Майкл Карано (Michael Carano), RBP CHEMICAL TECHNOLOGY |

Введение

Иногда проблемы действительно могут стать довольно уродливыми. Можно предположить, что эти уродства легко исправить. Но зачастую решение подобных проблем требует более глубокого погружения в процесс. В данной статье этот принцип будет проиллюстрирован разбором ситуации из реальной жизни. В этом реальном примере решения проблемы было обнаружено покрытие аномалий на печатных платах, покрытых в двух различных гальванических ваннах. Этот пример указывает на то, что корень этих дефектов кроется в двух различных причинах. Одна связана с управлением электролитной добавкой, другая – с фильтрацией раствора и поддержкой анода. Данная статья анализирует неровность покрытия и различные причины и действия по корректировке.

Грубая шероховатость/узелки покрытия

В предыдущих статьях автор представил много возможностей для покрытия медью узелков и наростов. Однако, то, что произошло с одним производителем печатных плат, - это крайний случай (Рис.1).

На Рис.2 другой тип неровности появляется на платах того же производителя. Только этот дефект произошел на печатных платах, покрытых в другой ванне.

В целом этот производитель столкнулся с двумя разными типами узлов/неровностей. Узлы, изображенные на Рис.1, четко показывают «нормальную» структуру зерен меди (мелкозернистую равноосную). Однако на Рис.2 зерно значительно крупнее. Кроме того, узлы/неровность, показанные на Рис.1, можно проследить до того, что выглядит как мусор, который был покрыт сверху и вокруг.

Итак как же должен выглядеть пример решения этой проблемы?

Снова очевидны две разные проблемы. Да, обе относятся к узлам/неровностям. Однако, происхождение узлов/неровностей оказывается различно. Поэтому решение проблемы должно основываться на более широком взгляде. Некоторые шаги необходимо принять немедленно. Во-первых, получить анализ всех химических процессов по очереди. Проверить качество покрывающего раствора. И идти по порядку!

Рис. 1: Серьезные узлы покрытия. (Источник: IPC-9121 Process Effects Handbook)

Рис. 2: Серьезные узлы – но медь кристаллическая по своей природе (Источник Фото архив IPC, Bannockburn, Иллинойс).

На этом последнем этапе мы получили дополнительную информацию, которую нельзя не учитывать. При первой инспекции гальванической ванны было замечено, что катодная рама на этой конкретной ванне не была установлена точно в контактное седло. Было видно, что был просвет в контактной зоне. Это, конечно, не оптимально для достижения электропроводности через гальваническую ванну, катодную раму на печатную плату. Чем больше сопротивление гальванической ванны, тем меньше тока попадает на печатную плату. Отсюда можно сделать вывод, что толщина покрытия и его распределение не будут идеальными. Плохой электрический контакт в гальванической ванне приводит к более высокому сопротивлению, что в свою очередь влияет на качество покрытия. Один из этих симптомов проявляется как «выгорание» или неровное покрытие, показанное на Рис.2.

Также разумно проверить электрические кабели и их соответствующие соединения, ведущие от выпрямителя к ванне. Достаточен ли размер кабелей, чтобы выдержать ток, необходимый для получения оптимального распространения покрытия? Или кабели в таком плохом состоянии, что часть тока теряется до того, как ток сможет достичь печатной платы? Проверьте и на не столь очевидные дефекты! Вы убережете себя от будущей головной боли и сердечных приступов.

Во-вторых, анализ растворов покрытия рассказал другую историю, которую тоже нужно было решить. Эта часть истории касается контроля электролитных добавок в ванне с кислотным медным покрытием. В гальванической ванне с медью с увеличенным зерном (Рис.2) при решении проблемы было обнаружено, что две ключевые добавки, необходимые для нормального функционирования кислотно-медного процесса (органические добавки и хлорид ион) были чрезвычайно низкими. Итак, анализ показал, что обе добавки были значительно ниже требуемого минимума для оптимального качества покрытия. На рынке существует множество добавок. Функция этих добавок – обеспечить механизм, при котором осаждение меди покрывается на уровне и в пластичном состоянии.  Обычно, пакет этих добавок состоит из очистителя зерна, выравнивающих агентов и супрессоров. В рамках нашего обсуждения очиститель зерна используется взаимозаменяемо с термином «отбеливатель». Хлорид ион играет синергетическую роль с органическими добавками в механизмах осветления и выравнивания, а также способствует даже анодной коррозии. (В будущей статье автор представит более детальный анализ добавок покрытий). А сейчас стоит сфокусироваться на проблеме, которую мы имеем. В обсуждаемую ванну добавки вносились вручную после анализа. Однако, было обнаружено, что временной анализ добавок покрытия не был выполнен более, чем 36 часов, так как оператору показалось, что панели выглядят хорошо! Органические добавки и другие химические добавки, такие как хлорид ион, оказывают значительный эффект на качество покрытия. При анализе с использованием CVS (циклический вольтамперометрический анализ десорбции) и традиционной ячейки Хулла, было четко определено, что в покрывающем растворе было чрезвычайно низкое содержание добавок. Когда ситуация с низкой концентрацией органического агента и хлорида иона была исправлена, условия покрытия, показанные на Рис.2, были устранены. Для лучшей оценки гнезда покрытия были отрегулированы, чтобы улучшить контакт между катодной рамой и гальванической ванной.

Итак, если дефекты, видимые на платах, покрытых в ванне №2, были отнесены к добавкам покрытия, ванна №1 (Рис.1) показала дефект иной природы. Очевидно, что дефект на Рис.1 можно проследить до конкретного или нерастворимого материала в покрывающем растворе или на поверхности печатной платы. И снова инспектирование гальванической ванны показало, что там действительно были частицы, которые не были должным образом отфильтрованы из раствора покрытия. Хотя это выяснили, но источник этого материала не был понятен. Известно, что анодный осадок (образующийся на медных анодах во время нанесения покрытия) может проникать в раствор плакирования и вызывать шероховатость. Вопрос как? Предположили, что нужно проверить сами анодные мешки (анодные мешки покрывают аноды и разработаны для предотвращения проникновения материала в раствор). Было замечено, что некоторые анодные мешки были достаточно изношены до степени возникновения натеков в самих мешках. С целью исправления этого анодные мешки были заменены на новые. В дополнение были сделаны улучшения в фильтрации гальванической ванны. В этом случае 25-микронные фильтры были заменены 5-микронными фильтрами. А скорость фильтрации раствора была стабильной на трех оборотах раствора в час. Результатом стало общее улучшения качества покрытия в ванне №1.

Вывод

Данный конкретный случай снова указывает на сложную природу дефектов печатных плат. В данном случае дефекты были внешними и их можно было увидеть после покрытия медью. Однако, анализ глубинных причин показал, что происхождение этих дефектов идет из двух разных источников. И решение проблемы проводилось должным образом с каждым из них.

PCB

Майкл Карано (Michael Carano) – вице-президент по развитию бизнеса и технологий в RBP Chemical Technology.

Источник: Журнал The PCB Magazine Октябрь 2016

Назад