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1、TO:程副总FROM：MEDATE：2/29/08PTH孔无铜及吹孔改善一 背景 自2007年3月至7月以来孔无铜及吹孔所导致的品质异常呈上升趋势，因吹孔及孔无铜造成客户投诉率在最高峰7月份时已经达到每周7次，造成客户大量退货及投诉，严重影响产品品质。二，目的为改善PTH工序孔无铜及吹孔异常，跟进沉铜孔无铜及吹孔形成原因，找出相关参数之间的内在联系，以便提供具体有效的控制方案，从而稳定生产，提升品质。二 分析改善过程树脂无铜及吹孔改善 关于吹孔 吹孔，电子厂也叫元件脚气孔，是插件过波峰焊时，孔内气体因高温而从焊锡中喷出，使焊锡中形成的空洞。主要原因有以下几点：1、有机污染物，电路板和电子元件若
2、被有机污染，污染物经高温而挥发造成气孔。2、绝大部分是因为电路板内湿气，此问题往往是因钻孔粗糙和沉铜问题导致孔壁有空洞造成基材所吸水份在高温情况下通过孔壁空洞喷发而形成。 PCB产生吹孔的因素：1）、孔壁粗糙度过大，造成孔壁水气残留，铜厚没达客户要求； 2）、孔壁有Void。 对客户处提供之吹孔异常板进行分析 发现焊点不良区域焊点表面光亮（焊接面），焊料对焊盘湿润良好，但焊点中存在吹孔。 对客户异常板进行切片分析，切片显示造成吹孔的原因为板内水份所致，该水分的来源为沉铜的孔壁空洞。孔壁空洞造成基板内残留有水分，客户过锡炉时板因孔铜壁有破窟窿(Void)存在，出现大量水蒸气自破口处喷出，从而形成
3、吹孔。切片图如下： 放大图镀铜空洞 从金相切片分析镀铜空洞处为孔壁树脂上铜层空洞，且空洞处呈圆弧型,此种树脂上铜层空洞因背光不良引起，较严重的空洞会形成孔壁环切，造成孔壁镀铜断裂，电流不能导通；轻微的形成镀层空洞，在客户过高温炉时因镀铜空洞内容易藏水气引起吹孔上锡不良。解决吹孔即为解决PTH树脂无铜，而解决背光不良为解决PTH树脂无铜的决定性因素。我们可以从沉铜反应机理来分析影响背光效果的相关因素以期找出解决背光不良的相关控制解决方案。沉铜的化学机理一）、流程：除油 微蚀 预活化 活化 加速 化学沉铜二）、流程步骤说明：除油：1）、Desmear后孔内呈两极现象，其中CU呈现高电位正点，环氧树
4、脂及玻璃纤维呈负电。2）、为使孔内呈现适当状态，整孔具有两种基本功能：a. 清洁表面，去除板面轻微氧化及轻微污渍；b. 使孔壁呈现正电性，利于Pd/Sn 胶体负电离子团的吸附；整孔调整前除胶后的孔壁带负电，铜层带正电 整孔调整后的孔壁3）.一般而言粒子间作用力大小如下： Vender WaltsHydroger BondIonic BondCovalentForce110100300300Ads.Thickness10A3050A150200AUndefined因而此类药水会有吸附过多或胶体过多的吸附是否可以清洗之顾虑。4）、除油药水若带入活化缸中，会使Pb+离子团降低。 微蚀1）、旨在清除铜
5、层表面调整剂形成的Film;2)、清洗铜面残留的氧化物。 预活化1） 、避免微蚀后铜离子带入活化缸中，预浸而减少带入；2） 、降低孔壁的表面张力。活化1） 、一般Pb胶体以以下结构存在：Pd2+：Sn2+：Cl- = 1：6：12 较为安定2） 、一般胶体的架构方式是以以下方式结合：当吸附时由于Cl-会产生架桥作用，且其半径较大使其吸附不易良好，尤其如果孔内的粗糙度不适当更可能造成问题。孔壁吸附了负离子团，即中和形成了中和电性。加速1）、Pd胶体吸附后必须除去Sn，使Pb2+曝露，如此才能在后续无电解铜中产生催化作用形成化学铜。2）、基本化学反应式为：Pd2+/Sn2+(HF)Pd2+(ad)
6、+ Sn2+(aq)Pd2+(ad)(HCHO)Pd(s)3)、一般而言Sn与Pd特性不同，Pd为贵金属而Sn则不然，因此其主反应式如下： Sn2+ Sn4+ + 6F SnF62- or Sn2+ +4F- SnF42- 而Pd则有两种情形：PH4 Pd2+ + 2（OH）- Pd（OH02PH4 Pd2+ + 6F- PdF6 4-4）、Pd吸附在孔中本身就不易均匀，故在加速所能发挥的效果就极受限制。除去不足时会产生破洞，而过长时则可能因为过度去除产生破洞，这就是为何背光观察时会有缺点的原因。 化学铜沉积1）、利用孔内沉积的Pd催化无电解铜与HCHO作用，使化学铜沉积。2）、Pd在化学铜槽
7、的功能有二：a、 作为催化剂吸附在OH-的主体，加速HCHO的反应；b、 作为载体，以利于e-转移至Cu2+上形成Cu沉积；3）、其基本反应及机构图如下：三）、整个反应流程图从反应图可以看出在沉铜反应式中Pd作为电子载体对无电解镀铜反应起着催化作用，而作为无电解化学沉铜催化剂的Pd获得途径为带正电的孔壁对活化缸中带负电的Pd胶体的吸附，除油缸整孔调整剂对孔壁电性的调整直接关系到孔壁上Pd的吸附。因此除油缸整孔的调整作用直接影响到背光的效果。为改善背光效果增强除油缸整孔剂对孔壁的调整能力，与罗门哈斯供应商协商后我司在2#PTH线将PTH除油缸酸性整孔调整剂3320更换为调整功能更为强大的碱性整孔
8、调整剂3325并开始试用。试用结果显示3325除油剂相对于3320其对孔壁的调整能力更强，有利于孔壁对Pd的吸附，且3325为碱性除油剂，在从微蚀至加速流程基本上均为酸性流程，相对于碱性除油剂3320更容易被清洗，不会有除油药水残留带入活化缸中，造成Pb+离子团降低，影响背光效果。从6月15日及8月20日分别更换2#PTH线及1#PTH线除油剂(由3320更换为3325),跟进后续背光均达到9.5级以上(未更换前背光最好时也只能保持在9.0级),11月2日开始至11月17日为止对每日因孔无铜原因造成报废的板进行切片分析，因背光不良造成PTH树脂无铜的板所占孔无铜比例已经明显下降。对比更换药水前
9、与更换药水后树脂无铜所占孔无铜比率月份切片数树脂无铜PTH气泡图电镀锡不良塞孔干膜入孔树脂无铜比率06月83511555761.44%07月975523114456.70%08月76322287742.1%09月9210431632010.8%10月7563920648.00%11月19615123287237.65%上表可以看出在更换PTH除油剂后从9月份开始PTH树脂无铜已经得到明显改善，PTH孔无铜主要改善方向已经由背光不良导致的树脂无铜改善转变为PTH气泡的改善。PTH气泡产生的孔无铜改善 PTH气泡产生原因： 孔内气泡有时可能是板子进入槽中，或振荡摇摆时进入通孔中,PTH药水缸各药水
10、在化学反应时也会产生气体，部分气体形成气泡附着于孔壁，在孔壁中央因有气泡堵塞，药水不能穿透孔壁，使有气泡堵塞的孔壁无法参与化学反应，在无电解沉铜时化学铜沉积不上，导致在加厚铜时因化学铜未沉积上之处无电流通过，镀铜不上，形成孔无铜。气泡引起的空洞有其特征：常常位于孔中央，而且在金相中对称分布，即对面孔壁有同样宽度范围内无铜。最有效的避免气泡进入孔中的方法为振动和碰撞。对PTH线而言监控好现有振动频率，并对药水缸加装上下顶动装置以增加药水和板的碰撞，为解决PTH孔无铜的最好对策。目前我司分别于12月份及2月份对两条PTH线膨胀缸，除油缸，活化缸及沉铜缸进行了增加气动顶动装置工程。气动上下顶动原理及
11、示意图气动上下顶动原理气动上下顶动装置由冲击气缸及飞巴V座组成，既将飞巴V座固定在一组冲击气缸上，固定冲击气缸于摇摆位，通过冲击气缸将压缩空气的能量转化为活塞及活塞杆高速运行的能量，使飞巴根据冲击气缸的频率上下顶动，在飞巴上的板因为飞巴快速的上下顶动与缸内药水产生碰撞及振动，当药水碰撞及振动力量超过孔内气泡的表面张力时孔内气泡将会被去处。一般来说要求气动上下顶动装置顶动位移高度在4060mm，顶动频率为57次/min,顶动速度为69M/S。气动上下顶动示意图我司于2007年12月06日开始对1#PTH线进行了气动上下顶动装置安装，跟进至2008年1份PTH工序孔无铜所占比率已有明显下降，对孔无铜改善效果明显。月份34567891011121总报废30772414167919911852162915701484217317721490孔无铜报废794701556691703531501467661358348孔无铜百分比25.8%29.2%33.1%34.7%37.9%32.6%31.9%31.5%30.1%20.2%20.4%结论：以内，客户吹孔投诉改善至每六月一次。
