pcb多層板退錫工藝的研究進展

pcb多層板退錫工藝的研究進展

在pc的制造過程中，銅基銀面的氧化仍然是最困難的問題。如果銅基銅的氧化能力較低，則容易分解整個板，降低阻力率，導致癱瘓和報廢。那么有沒有專門防止基體銅面氧化的工藝呢?有的,這樣的工藝已有好多種呢,其中銅基體面鍍錫便是這種防氧工藝之一,它是在銅基體上再鍍一層薄薄的錫,待其完成使命后,再將其退除,這也是本文即將詳細闡述的退錫工藝,目前退除銅基體上的錫鍍層的方法無外乎兩種,化學法和電解法,相比而言前者具有操作方便,易控,效率高等特點而被廣泛采用。好的退錫溶液一般具備:退錫速度快,不留殘余物,對錫離子容量大;對銅基體腐蝕性小,腐蝕速率比小于或等于100:1。常見的退錫溶液是按其有效成分進行分類的,現(xiàn)將它們類型及工藝操作列表如表1。1硝酸鐵調(diào)制法硝酸-硝酸鐵-尿素型退錫溶液是專門針對PCB多層板退錫而開發(fā)的一種新型的退錫液,它具有退錫速度快、退錫平穩(wěn)、對銅面蝕刻小、無沉淀、氣味小等優(yōu)點,是取代傳統(tǒng)硝酸型退錫工藝的最新工藝,與傳統(tǒng)統(tǒng)硝酸型退錫工藝相比具有以下幾個亮點:(1)退錫速度快速度平穩(wěn);(2)氣味小,對皮膚刺激降低到最低目前市場上的硝酸型退錫液因硝酸含量高,高濃度硝酸揮發(fā)產(chǎn)生的酸氣和退錫時放出的一種刺激性氣味的氣體二氧化氮,對操作人員身體健康和工作環(huán)境極為不利,但新配方經(jīng)硝酸鐵調(diào)制后,使氣味降低到最低;(3)對銅面蝕刻小硝酸-硝酸鐵-尿素型退錫液加入了銅面保護劑,能有效的防治銅面的蝕刻;(4)用量少與等量傳統(tǒng)硝酸型退錫液相比,減少近1/4的用量;(5)環(huán)境友好因加入了不易揮發(fā)的硝酸鐵,降低了硝酸的濃度,避免了高濃度硝酸分解及擴散對大氣的污染;(6)再生容易采用抽風方法,即可再生三價鐵離子,穩(wěn)定退錫速度,無須外加添加劑。其退錫機理如圖1。機理分析:首先,錫與退錫水中氧化性很強的硝酸反應,生成硝酸亞錫,隨著硝酸的濃度降低,退錫速率變得非常緩慢,加入硝酸鐵的目的就是在硝酸濃度降低時,部分取代硝酸參與化學反應,以使退錫速率趨于平穩(wěn),同時呢,硝酸鐵還有易于再生(用抽風的辦法再生)的優(yōu)點,反應產(chǎn)物硝酸亞錫還原性很強,跟溶解于退錫水中的氧反應,生成難溶于水Sn(OH)4,從而影響退錫效果,所以要在退錫水中加適量的尿素來絡合,尿素進入錫的空軌道,形成配體內(nèi)界二價錫配離子Sn2+[CO(NH2)2],阻止了二價錫離子的氧化,起到捕捉二價錫離子,防沉淀的雙重功效,下面還將詳述之。2影響回收率的因素包括2.1硝化鐵反應速率在退錫過程中作用,硝酸HNO3的作用可以用下列兩個化學反應方程式概括:從反應式(1)來看,硝酸參與化學反應,隨著濃度的下降,氧化性降低,和易于再生硝酸鐵共同維持退錫速率的穩(wěn)定。從離子反應式(2)來看,是個可逆反應,其平衡常數(shù)為,根據(jù)LeChatelier平衡移動原理得知,當硝酸消耗過多,平衡常數(shù)之差:反應向右邊進行出現(xiàn)氫氧化鐵的沉淀,可見退錫液里必須有適量的硝酸,以提供退錫的酸性環(huán)境,起到溶解硝酸亞錫Sn(OH)NO3,防止硝酸鐵,硝酸亞鐵沉淀的作用。另外,在退錫過程中硝酸是耗量,其消耗是有底限的,實驗和經(jīng)驗表明這個底限濃度大約為10%,當硝酸濃度低于10%,退錫速率很慢,同時退錫水中出現(xiàn)沉淀物,因此把硝酸的濃度10%作為換缸或補加硝酸的客觀依據(jù)。2.2硝酸鐵氧化的性質(zhì)硝酸鐵Fe(NO3)3和硝酸一道,共同作為退錫水的有效成分外,它還具有自身易于再生特點,其作用也可以用兩個反應式加以描述見圖2。圖2中反應式(6)表明,硝酸鐵可以在不加任何試劑,僅在抽風條件下把反應式(5)中的硝酸亞鐵氧化為硝酸鐵得以再生,再生出來的硝酸鐵又返回到反應式式(5)中與錫起反應,退除錫層,這樣就降低了生產(chǎn)成本,又能反復再生利用,起到穩(wěn)定退錫速率的作用。從反應式(5)和式(6)關聯(lián)上看,硝酸鐵濃度瞬時都在發(fā)生變化,但在整個退錫過程濃度是不變的,它僅取決與初值(即調(diào)配藥液時的濃度)和工藝條件,與退錫過程無關。2.3價錫離子捕收劑尿素CO(NH2)2在退錫中主要起到捕捉已退除的二價錫離子作用,它一旦和反應產(chǎn)物二價錫離子相遇,便鉆入錫離子的空軌道,形成牢固配體的內(nèi)界,阻止了跟空氣反應生成四價的錫的傾向,防止了沉淀的生成,正是由于這個原因,才把尿素叫做二價錫離子捕捉劑,尿素跟硝酸一樣,在退錫過程是要消耗的,據(jù)理論計算,每退1kg錫,大約要消耗1.02kg尿素。隨著退錫的進行,藥液里的尿素越來越少,過剩的二價錫會被氧化,形成沉淀物,這樣就要補加尿素到藥液里,以求濃度的穩(wěn)定或作換缸處理,下面把尿素消耗量與退錫量對應關系列表2。2.4退錫水波美度測量的測量是一種關聯(lián)表波美度雖與退錫速率雖無直接的關系,但其在測量方面具有快、精度高、無需標定等優(yōu)點而倍受業(yè)界的青睞,其表格的制定是不斷跟蹤測試,分析數(shù)據(jù)特點,找出退錫水中有效成分跟波美度的對應關系后,然后返回實驗,由實際測量值再行校正,最后形成表格,測量時,只需量的退錫水的波美度,就能方便快捷查找到退錫水中的有效成分的含量,這樣既做到了節(jié)約化驗成本,又做到了實時監(jiān)控的目的,表3便是一例。2.5溫度方程式來看,退錫速率隨溫度的升高而加快的,但對于整機整條生產(chǎn)線來說,退錫溫度控制在15℃~40℃之間范圍內(nèi)足矣!2.6其他保護劑對退錫水所占比重的影響如銅面保護劑苯并三氮唑,硝酸穩(wěn)定劑酰代乙氧苯胺、乙酰代苯等,雖然它們在整個退錫水中所占的比重很小,但作用重大,沒有銅面保護劑和銅面保護劑濃度低,就不能很好地起到保護銅基體,導致銅基體被蝕刻掉而整塊板報廢。2.7傳送速度傳送速度一般控制在6m/min~8m/min,過大,退錫不凈,傳送過小與整機速率匹配不上,導致堵板、卡板的機械故障。2.8流動性能和浸漬性從化工流體力學角度來看,噴淋加快了流體中反應物在相界面流動,改變了藥液的流動性能和浸潤性能,它即使反應物快速到達界面,又使產(chǎn)物快速脫離界面,起到雙重加速的。一般說來,噴淋壓力越大,退錫速率越大,但從設備要求考慮,一般控制在0.21MPa~0.28MPa之間為宜。2.9氧化鐵的退錫速率抽風是硝酸鐵再生的最簡易方法,相對其他再生方法,此法工藝簡單,無污染,成本低等特點,其再生機理如式(7)。反應產(chǎn)物硝酸亞鐵被溶于藥液里的氧氧化后,生成具有氧化性的硝酸鐵,再次進入退錫水,成為退錫的有效成分硝酸鐵,硝酸鐵蝕刻銅面的錫層,達到退除錫的目的,從而維持退錫速率的穩(wěn)定?？梢韵胂?如果退錫時抽風不足或抽風設備出故障,硝酸鐵再生很慢或再生不了,藥液消耗的硝酸鐵補充不上,導致退錫速率下降,退錫不凈等品質(zhì)缺陷就難以避免了。綜合上述,得到硝酸-硝酸鐵-尿素型退錫水退錫工藝要求如下:3退水和退錫過程圖圖3從整個工藝流程圖來看,退錫只是上工藝當中一段,它是受上工藝段的影響的,在下工藝段出現(xiàn)的品質(zhì)缺陷就本工藝段解決,嚴禁拿到上工藝段返工!4退錫水來料檢測針對品質(zhì)缺陷的源頭,我們采取嚴格的來料檢測措施,做到防范于未然,堅決杜絕不合格的來料進入車間,當檢測到有一項不符合來料檢測標準時,堅決退回供應商,退錫水來料檢測也是如此,其檢測項目和標準如表5。5運營規(guī)則5.1退膜過程控制失效(1)每天上班后開機,檢查膨松段的溫度和退膜段的溫度是否在工藝規(guī)定的范圍。(2)取樣化驗,退膜水中氫氧化鈉濃度是否在工藝控制的范圍內(nèi),如不在工藝控制的范圍內(nèi),加以調(diào)整,使其在工藝控制內(nèi)。(3)檢查膨松退膜段的噴嘴是否堵塞,并定期清洗。(4)檢查膨松退膜段的噴淋壓力是否在工藝要求的范圍內(nèi),必要時加以調(diào)整。5.2蝕刻機的維護檢查(1)每天上班后開機,讓機器的溫度上升到規(guī)定范圍內(nèi)(50℃~55℃),并用溫度計測量蝕刻機內(nèi)蝕刻液是否與顯示溫度相符。(2)開啟自動控制儀表電源,檢驗儀表指示是否正常。(3)檢驗自動控制儀表指示的波美度與蝕刻機內(nèi)蝕刻液波美度是否相符。(4)檢驗ORP(氧化還原電位)測試儀的靈敏度是否正常(450mV~550mV)。(5)檢查蝕刻機的噴淋壓力是否在正常的范圍內(nèi)(0.21MPa~0.28MPa)。(6)檢驗正常后,開始蝕板,并做首件實驗,看是否有基板面有殘銅或蝕刻不凈,確定調(diào)節(jié)跑速。蝕板一定量后機內(nèi)蝕刻液的波美度上升,自動控制儀表上的指示浮標也隨之上升,ORP測試儀的值下降,當指示燈亮后需補加新的蝕刻子液。(7)添加蝕刻子液的原則:少量多次;具體來說就是每次排1000L左右,再補加等體積的蝕刻子液。(8)蝕刻機工作時要注意機內(nèi)溫度,當溫度超過規(guī)定的范圍時,要啟動冷卻系統(tǒng)降溫。(9)定期進行蝕刻機的清洗維護工作,檢查濾網(wǎng)和上下噴嘴的壓力是否正常。(10)定期清洗濾網(wǎng)和上下噴嘴。(12)檢查強風吹干溫度是否在工藝要求的范圍內(nèi)。(13)在蝕刻段實行專人負責,專人(化驗員)跟蹤測量(2次/班),并把測量結果寫成表格,交付生成部蝕刻段負責人執(zhí)行,同時每天繪好SPS曲線圖。(14)針對不同基材的覆銅板,制定跑速表,以便適時跟蹤。5.3退錫段噴淋壓力正常(1)檢查整孔退錫段的噴嘴是否堵塞,堵塞時應加以清洗。(2)檢查整孔退錫段噴淋壓力是否正常。(3)按工藝要求取整孔液,退錫水進行化驗,根據(jù)化驗結果予以調(diào)整,并做好相應的記錄。(4)只有上工藝段首件合