《电镀层常见弊病的分析》

电镀层常见弊病的分析•电镀层常见弊病的分析•专题•1,掩镀17，滚镀发现镀层眼子印•2,气袋18，滚镀发现重叠印•3,水迹19，滚镀工件变形•4,镀层烧焦20，镀层结合力差•5,交叉污染21，镀层起泡•6,胡须状镀层22，镀层脆性•7,黑体中央有镀层23，镀层针孔•8,爬壁镀层24，镀层毛刺•9,电镀合金金相比例失控25，镀层粗糙•10,气流条纹26，镀层发花发雾•11，凹穴镀层（天花脸）27，同样镀锡滚镀与挂镀温度为何不同•12，双层镀层28，镀层阴阳面•13，镀层中嵌有化学纤维29，工件在弹夹处或钩挂孔接触处镀层烧焦•14，镀层孔隙率高30，镀层在包装、储存、运输过程过早变色•15，同槽电镀两挂架镀层相差很大31，镀层泛点•16，塑封黑体异色1,掩镀•掩镀是指受镀表面被掩膜覆盖着，使该处不能进行电沉积过程。该病一般发生在微电子框架的电镀，微电子塑封后在电镀前没有把残胶（溢料、毛刺）去除干净，残留在管子的引线上，而使引线不能完全镀复到，可以看到局部无镀层，（露底），这叫掩镀。1,掩镀（续）•如果掩镀部位正好是在焊接区，则会影响焊接质量，会根本焊不上去，或者造假焊。•有的组合金工件，电镀前没有把组合焊缝上的焊焦去除掉。焊焦成为电镀时的掩镀区。•为了杜绝掩镀现象，必须在电镀前彻底清除掩镀物、塑封溢料、焊焦等物。2,气袋•气袋也是常见的电镀弊病。电镀是应用电化学氧化还原的原理施镀的。阳极上发生氧化反应，使金属变成金属离子溶解在药水中，同时有（OH一）的氧化产生氧气，在阳极表面析出。阴极上发生还原反应，金属离子得到电子还原成金属镀层，同时H十质子还原成氢气。如果析出的氢气由于受阻而无法溢出液面排空，集中在角落，就形成气袋。气袋区无法电沉积镀层，使受镀区镀层不连续、不完整。怎样避免气袋产生•调整镀液成份，提高阴极电流效率，减少析氢量。络合剂或添加剂过量都会降低电流效率增加析氢量。•控制阴极电流密度。电流密度过高析氢量增加。•调整阴阳极面积‘投影’，均衡电力线。•设计合理的挂架，合理的钩挂方式利于排气。怎样避免气袋产生（续）•电镀过程中工件调头。•阴极移动。•增强药水的连续过滤循环量。一般泵力循环量为镀液容积的4~5倍。注意药水流动方向，不要‘短路’循环。3,水迹•水迹是由于镀后清洗不干净造成的，水迹实质上是“盐迹”。造成水迹的原因•工件基材粗糙或形状复杂造成漂洗困难。•漂洗水量不足，水中盐浓度高。•漂洗次数少，沟缝、孔眼、盲孔中洗不干净。•为了节约省用水，一般用三级逆流漂洗的方法来提高漂洗效果。水从第三槽进，翻溢至中间槽，再翻溢至第一槽后流出。水流逞自下而上，自上而下，再自下而上的曲线翻滚运动。三级逆流漂洗的意义•在不增加用水量的前提下提高漂洗效果。•假设要漂洗掉的‘杂质’为100克，又假定漂洗的效果为90%。通过第一级漂洗，洗掉90克杂质，存下10克杂质。通过第二级漂洗，洗掉9克杂质，存下1克杂质。通过第三级漂洗，洗掉0.9克杂质。最终杂质由原有的100克下降到0.1克。•对贵金属和有害工种电镀（例如镀铬）实行多级回收及漂洗水用离子交换法回收微量贵金属。造成水迹的的原因（续1）•漂洗水温度底，漂洗效果差。特别是粘性较大的药水（如碱液）漂洗工件上的粘附碱一定要用热水漂洗。•水质差。水中钙镁离子多，硬度高。微电子电镀最后漂洗水的水质要用去离子水（RO水），电阻要达到100~500K才能应用。造成水迹的原因（续2）•水质问题除了水的硬度外水的‘苔鲜’污染也不能忽视。春夏季节苔鲜污染制水系统的事也常有发生，也是十分烦恼的事。要在制水系统中设置强大的紫外光消毒杀菌装置。4,镀层烧焦•镀层烧焦是由于电流密度过大等原因使电析异常，不规则的、扭曲的电沉积结晶，形成结晶歪斜、结构疏松的镀层。名旺的袁诗璞老师曾在电镀刊物上登载过关于镀层为什么会烧焦的文章。我只作一些补充。镀层烧焦原因•工艺条件正常情况下电流密度过大，超过工艺规范上限。•主盐浓度过底，电流开不上去。•搅拌不足或不均匀。•温度偏低或温度不均匀。•添加剂品质不好或加入过量或不足。•络合剂品质不好或加入过量或不足。镀层烧焦原因（续1）•微酸性电镀液PH过高。•镀液中PH缓冲剂不足。•镀槽太窄阴-阳极距离太近。•工装挂具设计不合理或钩挂方式不好。•阴-阳极面积“投影”不匹配。阴极保护技措•研究电镀挂架设计和阳极设计，使满足科学的相互投影以达到均衡电力线的目的，可避免镀层烧焦。•利用适当的阴极保护技措，可避免边角处镀层烧焦。•以阴-阳极投影为基础，设计‘非金属’图形保护，插在阴-阳极之间，以进一步提高均衡电力线的效果，避免镀层烧焦。在生产实践中根据镀槽规格‘量化’非金属图形。均衡电力线的思想理念•1973年我模似的电力线分布示意图。•电镀槽、挂具框、药水液面、工件、阳极及‘非金属阴极保护图形’相互‘投影’示意图。•电镀槽‘阴-阳极投影设计’的基本相关参数示意图。电力线分布示意图上阴极保护1234567上阴极保护1、阴极比阳极短。工件上、下部电流集中，易烧焦。2、阴极基本与阳极同长。工件上部、下部仍有烧焦现象。3、阴极底部超过阳极底部。工件下部镀层厚度控制有所改善。但上部没有改善。4、阴极底部超过阳极底部较远。工件下部镀层厚度控制已经好转，但上部无改善。5、上部用阴极保护，上部镀层控制得到改善。6、把阳极伸至镀液下面。上部镀层又得到改善。7、上部再加阴极保护。上部镀层更得到改善。十四,阴-阳极投影设计电镀槽的基本相关参数及投影示意图（飞巴）X1=X4=X7=阴极X2=X5=X8=X1X3=X6=X9=X10=X2X10X9阴极（飞巴）移动的行程X8X6X7X5X4X3X1：飞巴上沿至槽口的距离X4：镀槽宽内径X6：加工件的长单位：mmX2：阳极铜棒上沿至槽口的距离X5：镀槽高内径（深度）X7：加工件的宽X3：镀槽长内径X9：电镀药水至槽口的距离X8：加工件的厚十四,阴-阳极投影设计电镀槽的基本相关参数及投影示意图（飞巴）X1=X4=X7=阴极X2=X5=X8=X1X3=X6=X9=X10=X2X10X9阴极（飞巴）移动的行程X8X6X7X5X4X3X1：飞巴上沿至槽口的距离X4：镀槽宽内径X6：加工件的长单位：mmX2：阳极铜棒上沿至槽口的距离X5：镀槽高内径（深度）X7：加工件的宽X3：镀槽长内径X9：电镀药水至槽口的距离X8：加工件的厚5,交叉污染•镀后污染是依可惜的，镀得好好的工件到从挂架上卸下来时，发现工件上东一块西一块的灰黑色斑迹。一件件挑出来重新漂洗或电镀返工。某些单位在微电子框架电镀中常发生此种弊病，有时候不合格品达10~15%，这时为什么？交叉污染原因：•生产线液位高度不配合。功能槽液位高过漂洗槽液位。•漂洗水落差不够。吊镀水落差不小于20mm，滚镀不小于40mm。•生产线工艺工位安置不合理，造成越槽交叉污染。酸、碱水蒸气凝成水珠从设备上滴落造成交叉污染。滴液污染可以用接液帽来避免交叉污染。交叉污染原因（续）•老化挂架造成杂质交叉污染。•含油水的压缩空气造成污染。•高速电镀线上喷淋水嘴堵阻造成严重杂质污染。有个单位去氧化槽后的喷淋水嘴堵了，氧化槽药水污染了活化槽和电镀槽，没有长久镀液性能特降，最后‘中毒而死’。如何杜绝交叉污染？•调整好生产线液位高度。•确保漂洗水水质和水流量。•确保水喷淋系统正常工作，不堵嘴，水柱不歪斜，不漏喷。•设置接滴液帽。•老化挂架及时更新。•净化压缩空气。油水分离器及时排放。6,胡须状镀层•在微电子框架电镀锡、锡合金时，常常可以见到胡须状镀层。什么是胡须状镀层呢？就是微电子管塑封体与引出导线的结合部（根弃）有胡须状翘起的镀层毛刺。胡须状毛刺从何而来？•为了了解毛刺从何而来，有必要了解一下框架的制作过程：铜基带料或铁镍基带料经过高速冲床冲制成图形框架带料—除油—电解飞切口毛刺—喷淋—氰化镀铜—喷淋—焊接平台上局部镀银—喷淋—退镀溢银—喷淋（如果是铁镍基框架还需要退镀铜）吹水珠—烘干—收圈—转交微电子公司—根据规格断料—D/B—W/B—塑封—塑封后固化—转交电镀工厂—去溢料—电镀可焊性镀层。胡须状毛刺从何而来？（续）•当局部镀银掩镀板老化或压得不紧时，造成银层面积超差，银层露在黑体外部的导线面上或侧边，称为银层外露。•当塑封时上下模错位（不同心）时，银层也可能外露。•镀前处理中银层是除不掉的，在去氧化后银层翘起成毛刺，由于尖端效应电镀后毛刺严重加剧，成为‘胡须’镀层。银层外露怎么办？•退镀。•重新去毛刺。•电镀。7,黑体中央有镀层•在塑封体中央位置上发生镀层，也是塑封框架电镀有时会发生的。•发生的原因是在W/B时金丝抛物面太高，高过了黑体上部，电镀镀在金丝上。•发生此弊病不要在电镀液中找原因，问题出在W/B。•发生此弊病的管子应报废。8,爬壁镀层•有时在黑体的一侧发现有疏松的镀层由引线根部一直向上爬到黑体面上，像植物（爬山虎），用尖针轻轻一拔镀层就脱落。•造成原因是用金属刷刷去溢料时黑体上嵌留了金属磨损下来的粉沫，成了电桥镀上了镀层。•不用金属刷刷洗溢料可以避免爬壁镀层。9,电镀合金金相比例失控•电镀层中合金成份没有按照工艺规范析出。合金比例失控可能原因•电镀液中合金金属离子浓度失去比例，其中一种离子浓度偏高，则镀层中该种金属成份就偏高。•双组份络合剂配比失调，造成合金析出比例失调。例如在铜锡合金电镀时用CN一络合铜离子，用OH一络合锡离子。当OH一离子过量时，镀层中铜含量升高。当CN一离子过量时，镀层中铜含量下降。合金比例失控可能原因（续1）•添加剂过量造成合金比例失控。有一单位日方客户要求镀9010SnPb合金，结果镀出来的是纯锡，不是锡铅合金。镀槽中锡离子浓度为18g/L，铅离子浓度为3.8g/L，按镀槽中二种离子的比例是可以获得9010SnPb合金的。原因是添加剂大大过量的结果。•用表面张力测试环可作添加剂是否过量或不足的定性判断。合金比例失控可能原因（续2）•镀液温度变化对电析合金比例的影响。在锡-铅合金电镀中温度波动一度，对铅的电析波动约0.3%。在甲基磺酸体系锡-铅合金电镀中，温度下降会使合金中铅含量提高。•电流密度对合金电析的影响。无论是镀Sn-Pb或Sn-Cu合金，在出槽前1~2min只要改变一下电流就可以改变镀层的颜色，实际上是改变了合金比例。例如在甲基磺酸体系电镀时，升高温度含铅量会↓。甲磺酸镀锡-铅中，含铅量偏高怎么办？•镀槽中增加锡盐。•用纯锡板（球）取代部份锡铅阳极。•适当降低电流密度，延长电镀时间。•适当提高温度。•适当提高添加剂量。含铅量偏低怎么办？•镀液中适当增加铅盐。•阳极上挂一些铅条。•适当提高电流密度，缩短电镀时间。•适当降低镀槽温度。•暂时仃止加入添加剂。10,气流条纹•气流条纹是由于添加剂过量或电流密度过高或络合剂过量而降低了阴极电流效率，析氢量大。如果没有阴极移动或阴极移动过慢、药水流动过慢，析氢沿着工件表面自下而上浮出形成了轨迹，就显示出一根根条纹。•调整添加剂、络合剂、电流、加强阴极移动和药水流动可以避免气流条纹。11，凹穴镀镀层（天花脸）•用玻璃珠喷妙，压力过高，弹坑太深，电镀时镀层尚末填平弹坑。•基材合金金相不均适成选择性腐蚀。12,双层镀层•双层镀层多半是发生在镀槽工艺温度较高的情况下。电镀过程中把工件提出翻身或移动然后马上挂入电镀，镀层与镀层中间夹入了盐霜。影响结合力。•在重新电镀前在药水中飘移2~3秒钟把盐霜溶解后再挂上电极通电续镀。避免双层。13,镀层中嵌有化学纤维•PP袋边缘落下的化学纤维污染了镀液。•在PP布卸料时把剪裁改成烙铁烫裁，使化学纤维热熔收边，防止纤维脱落污染镀液。14,镀层孔隙率高•影响外观，影响防护特性，影响可焊性，镀层显脆性。•造成原因是镀液脏、金属杂质和有机杂质多。•观察镀层孔隙率的模似试验方法。15,同槽电镀两挂架镀层相差很大•阴阳极投影不恰当。•新老挂架同槽镀，两挂架电阻的差异造成镀层厚度的差异。•两头进电，其中一端电端子脱落，已成了单头进电。使两挂架电力线分布不均。16,塑封黑体异色•塑封材料不好。•塑封工艺故障。