pcb多层板退锡工艺的研究进展

pcb多层板退锡工艺的研究进展

在pc的制造过程中，铜基银面的氧化仍然是最困难的问题。如果铜基铜的氧化能力较低，则容易分解整个板，降低阻力率，导致瘫痪和报废。那么有没有专门防止基体铜面氧化的工艺呢?有的,这样的工艺已有好多种呢,其中铜基体面镀锡便是这种防氧工艺之一,它是在铜基体上再镀一层薄薄的锡,待其完成使命后,再将其退除,这也是本文即将详细阐述的退锡工艺,目前退除铜基体上的锡镀层的方法无外乎两种,化学法和电解法,相比而言前者具有操作方便,易控,效率高等特点而被广泛采用。好的退锡溶液一般具备:退锡速度快,不留残余物,对锡离子容量大;对铜基体腐蚀性小,腐蚀速率比小于或等于100:1。常见的退锡溶液是按其有效成分进行分类的,现将它们类型及工艺操作列表如表1。1硝酸铁调制法硝酸-硝酸铁-尿素型退锡溶液是专门针对PCB多层板退锡而开发的一种新型的退锡液,它具有退锡速度快、退锡平稳、对铜面蚀刻小、无沉淀、气味小等优点,是取代传统硝酸型退锡工艺的最新工艺,与传统统硝酸型退锡工艺相比具有以下几个亮点:(1)退锡速度快速度平稳;(2)气味小,对皮肤刺激降低到最低目前市场上的硝酸型退锡液因硝酸含量高,高浓度硝酸挥发产生的酸气和退锡时放出的一种刺激性气味的气体二氧化氮,对操作人员身体健康和工作环境极为不利,但新配方经硝酸铁调制后,使气味降低到最低;(3)对铜面蚀刻小硝酸-硝酸铁-尿素型退锡液加入了铜面保护剂,能有效的防治铜面的蚀刻;(4)用量少与等量传统硝酸型退锡液相比,减少近1/4的用量;(5)环境友好因加入了不易挥发的硝酸铁,降低了硝酸的浓度,避免了高浓度硝酸分解及扩散对大气的污染;(6)再生容易采用抽风方法,即可再生三价铁离子,稳定退锡速度,无须外加添加剂。其退锡机理如图1。机理分析:首先,锡与退锡水中氧化性很强的硝酸反应,生成硝酸亚锡,随着硝酸的浓度降低,退锡速率变得非常缓慢,加入硝酸铁的目的就是在硝酸浓度降低时,部分取代硝酸参与化学反应,以使退锡速率趋于平稳,同时呢,硝酸铁还有易于再生(用抽风的办法再生)的优点,反应产物硝酸亚锡还原性很强,跟溶解于退锡水中的氧反应,生成难溶于水Sn(OH)4,从而影响退锡效果,所以要在退锡水中加适量的尿素来络合,尿素进入锡的空轨道,形成配体内界二价锡配离子Sn2+[CO(NH2)2],阻止了二价锡离子的氧化,起到捕捉二价锡离子,防沉淀的双重功效,下面还将详述之。2影响回收率的因素包括2.1硝化铁反应速率在退锡过程中作用,硝酸HNO3的作用可以用下列两个化学反应方程式概括:从反应式(1)来看,硝酸参与化学反应,随着浓度的下降,氧化性降低,和易于再生硝酸铁共同维持退锡速率的稳定。从离子反应式(2)来看,是个可逆反应,其平衡常数为,根据LeChatelier平衡移动原理得知,当硝酸消耗过多,平衡常数之差:反应向右边进行出现氢氧化铁的沉淀,可见退锡液里必须有适量的硝酸,以提供退锡的酸性环境,起到溶解硝酸亚锡Sn(OH)NO3,防止硝酸铁,硝酸亚铁沉淀的作用。另外,在退锡过程中硝酸是耗量,其消耗是有底限的,实验和经验表明这个底限浓度大约为10%,当硝酸浓度低于10%,退锡速率很慢,同时退锡水中出现沉淀物,因此把硝酸的浓度10%作为换缸或补加硝酸的客观依据。2.2硝酸铁氧化的性质硝酸铁Fe(NO3)3和硝酸一道,共同作为退锡水的有效成分外,它还具有自身易于再生特点,其作用也可以用两个反应式加以描述见图2。图2中反应式(6)表明,硝酸铁可以在不加任何试剂,仅在抽风条件下把反应式(5)中的硝酸亚铁氧化为硝酸铁得以再生,再生出来的硝酸铁又返回到反应式式(5)中与锡起反应,退除锡层,这样就降低了生产成本,又能反复再生利用,起到稳定退锡速率的作用。从反应式(5)和式(6)关联上看,硝酸铁浓度瞬时都在发生变化,但在整个退锡过程浓度是不变的,它仅取决与初值(即调配药液时的浓度)和工艺条件,与退锡过程无关。2.3价锡离子捕收剂尿素CO(NH2)2在退锡中主要起到捕捉已退除的二价锡离子作用,它一旦和反应产物二价锡离子相遇,便钻入锡离子的空轨道,形成牢固配体的内界,阻止了跟空气反应生成四价的锡的倾向,防止了沉淀的生成,正是由于这个原因,才把尿素叫做二价锡离子捕捉剂,尿素跟硝酸一样,在退锡过程是要消耗的,据理论计算,每退1kg锡,大约要消耗1.02kg尿素。随着退锡的进行,药液里的尿素越来越少,过剩的二价锡会被氧化,形成沉淀物,这样就要补加尿素到药液里,以求浓度的稳定或作换缸处理,下面把尿素消耗量与退锡量对应关系列表2。2.4退锡水波美度测量的测量是一种关联表波美度虽与退锡速率虽无直接的关系,但其在测量方面具有快、精度高、无需标定等优点而倍受业界的青睐,其表格的制定是不断跟踪测试,分析数据特点,找出退锡水中有效成分跟波美度的对应关系后,然后返回实验,由实际测量值再行校正,最后形成表格,测量时,只需量的退锡水的波美度,就能方便快捷查找到退锡水中的有效成分的含量,这样既做到了节约化验成本,又做到了实时监控的目的,表3便是一例。2.5温度方程式来看,退锡速率随温度的升高而加快的,但对于整机整条生产线来说,退锡温度控制在15℃~40℃之间范围内足矣!2.6其他保护剂对退锡水所占比重的影响如铜面保护剂苯并三氮唑,硝酸稳定剂酰代乙氧苯胺、乙酰代苯等,虽然它们在整个退锡水中所占的比重很小,但作用重大,没有铜面保护剂和铜面保护剂浓度低,就不能很好地起到保护铜基体,导致铜基体被蚀刻掉而整块板报废。2.7传送速度传送速度一般控制在6m/min~8m/min,过大,退锡不净,传送过小与整机速率匹配不上,导致堵板、卡板的机械故障。2.8流动性能和浸渍性从化工流体力学角度来看,喷淋加快了流体中反应物在相界面流动,改变了药液的流动性能和浸润性能,它即使反应物快速到达界面,又使产物快速脱离界面,起到双重加速的。一般说来,喷淋压力越大,退锡速率越大,但从设备要求考虑,一般控制在0.21MPa~0.28MPa之间为宜。2.9氧化铁的退锡速率抽风是硝酸铁再生的最简易方法,相对其他再生方法,此法工艺简单,无污染,成本低等特点,其再生机理如式(7)。反应产物硝酸亚铁被溶于药液里的氧氧化后,生成具有氧化性的硝酸铁,再次进入退锡水,成为退锡的有效成分硝酸铁,硝酸铁蚀刻铜面的锡层,达到退除锡的目的,从而维持退锡速率的稳定。可以想像,如果退锡时抽风不足或抽风设备出故障,硝酸铁再生很慢或再生不了,药液消耗的硝酸铁补充不上,导致退锡速率下降,退锡不净等品质缺陷就难以避免了。综合上述,得到硝酸-硝酸铁-尿素型退锡水退锡工艺要求如下:3退水和退锡过程图图3从整个工艺流程图来看,退锡只是上工艺当中一段,它是受上工艺段的影响的,在下工艺段出现的品质缺陷就本工艺段解决,严禁拿到上工艺段返工!4退锡水来料检测针对品质缺陷的源头,我们采取严格的来料检测措施,做到防范于未然,坚决杜绝不合格的来料进入车间,当检测到有一项不符合来料检测标准时,坚决退回供应商,退锡水来料检测也是如此,其检测项目和标准如表5。5运营规则5.1退膜过程控制失效(1)每天上班后开机,检查膨松段的温度和退膜段的温度是否在工艺规定的范围。(2)取样化验,退膜水中氢氧化钠浓度是否在工艺控制的范围内,如不在工艺控制的范围内,加以调整,使其在工艺控制内。(3)检查膨松退膜段的喷嘴是否堵塞,并定期清洗。(4)检查膨松退膜段的喷淋压力是否在工艺要求的范围内,必要时加以调整。5.2蚀刻机的维护检查(1)每天上班后开机,让机器的温度上升到规定范围内(50℃~55℃),并用温度计测量蚀刻机内蚀刻液是否与显示温度相符。(2)开启自动控制仪表电源,检验仪表指示是否正常。(3)检验自动控制仪表指示的波美度与蚀刻机内蚀刻液波美度是否相符。(4)检验ORP(氧化还原电位)测试仪的灵敏度是否正常(450mV~550mV)。(5)检查蚀刻机的喷淋压力是否在正常的范围内(0.21MPa~0.28MPa)。(6)检验正常后,开始蚀板,并做首件实验,看是否有基板面有残铜或蚀刻不净,确定调节跑速。蚀板一定量后机内蚀刻液的波美度上升,自动控制仪表上的指示浮标也随之上升,ORP测试仪的值下降,当指示灯亮后需补加新的蚀刻子液。(7)添加蚀刻子液的原则:少量多次;具体来说就是每次排1000L左右,再补加等体积的蚀刻子液。(8)蚀刻机工作时要注意机内温度,当温度超过规定的范围时,要启动冷却系统降温。(9)定期进行蚀刻机的清洗维护工作,检查滤网和上下喷嘴的压力是否正常。(10)定期清洗滤网和上下喷嘴。(12)检查强风吹干温度是否在工艺要求的范围内。(13)在蚀刻段实行专人负责,专人(化验员)跟踪测量(2次/班),并把测量结果写成表格,交付生成部蚀刻段负责人执行,同时每天绘好SPS曲线图。(14)针对不同基材的覆铜板,制定跑速表,以便适时跟踪。5.3退锡段喷淋压力正常(1)检查整孔退锡段的喷嘴是否堵塞,堵塞时应加以清洗。(2)检查整孔退锡段喷淋压力是否正常。(3)按工艺要求取整孔液,退锡水进行化验,根据化验结果予以调整,并做好相应的记录。(4)只有上工艺段首件合