現(xiàn)象
一次, 更換沉銅槽槽液后,化學(xué)鍍后的雙面板經(jīng)全板電鍍厚銅后發(fā)現(xiàn)板面起泡,并伴有結(jié)瘤。起泡處形狀不規(guī)則,目測其形狀跟某種液體的自然流動而留下痕跡相似,并且每一處起泡都是以點開始的。
1.1一次分析
我們孔金屬化板的典型工藝流程是:化學(xué)沉銅(去油——水洗——粗化——水洗——酸性預(yù)浸——活化——水洗——還原(1)——還原(2)——沉銅),全板電鍍厚銅(水噴淋——酸預(yù)浸——全板電鍍——水洗——鈍化——水洗——風(fēng)干)。
根據(jù)工藝流程我們直接否定了故障產(chǎn)生于電鍍工段,因為電鍍流程簡單,如果產(chǎn)生這一現(xiàn)象,那末唯一的工序就是全板電鍍,即是說電鍍槽引入有機雜質(zhì)。但是,共用電鍍槽的圖形電鍍銅卻沒任何問題,因而確定產(chǎn)生于化學(xué)沉銅工段。
在化學(xué)沉銅工段,我們將重點放在還原與沉銅工序。因為根據(jù)更換槽液前的處理效果,去油與活化都不錯,粗化與此現(xiàn)象沒太大關(guān)系,而且這幾槽槽液都沒有更換。
根據(jù)起泡形狀分析認為:這是由還原液引起,因為沉銅液的配制嚴格按照供應(yīng)商提供的參數(shù)執(zhí)行,還原液也是剛剛配制的,還原劑中引入雜質(zhì)可能導(dǎo)致這一現(xiàn)象。還原劑的成份不清楚,只知是濃縮液。還原之后沒有水洗,直接進行化學(xué)沉銅,這使雜質(zhì)帶入沉銅槽成為可能。
1.2解決方案
經(jīng)與供應(yīng)商聯(lián)系,供應(yīng)商建議將還原(2)改為蒸餾水水洗。采用建議后,情況有所改觀,但是沒有達到生產(chǎn)所要求的穩(wěn)定度。經(jīng)過一周多的維護與調(diào)整,溶液達到穩(wěn)定狀態(tài),經(jīng)過化學(xué)沉積銅的板面色澤鮮艷,銅層致密,經(jīng)全板電鍍后也沒有起泡產(chǎn)生。
1.3小結(jié)
從上面的情況我們反過來思考所作的分析,在這一周多的時間內(nèi)仍按供應(yīng)商的參數(shù)維護,僅僅隔兩到三天更換一次還原(2)的蒸餾水水洗,以防止還原(2)因還原(1)的殘留液的帶入而使起濃度上升。從這一情況看我們認為還原引入雜質(zhì)的分析有誤。
2.1二次分析
既然否定雜質(zhì)的引入的可能,那么原因何在呢?在控制過程中發(fā)現(xiàn)新配溶液的反應(yīng)很快,起泡是否與活性有關(guān)呢?這引起我們的關(guān)注,但因為溶液已達到穩(wěn)定狀態(tài),故障無從找起,槽液的更換周期較長,對于起泡的跟蹤觀察就停止。
我們就活性的相關(guān)因素:Cu、NaOH、HCHO等組份的含量,工作溫度,絡(luò)合劑含量,穩(wěn)定劑進行分析。
我們從下列圖中可知:
1) 沉積速率隨著Cu含量的升高而升高,在起始部分幾乎呈正比關(guān)系。
2) 隨著OH-、HCHO的濃度及溫度的上升,沉積速率亦隨之上升。可以從反應(yīng)主式中得以證實:
2HCHO+2Cu2++4OH-→Cu+2HCHOO-+2H2O+H2↑ (1)
當[HCHO]、[Cu2+]、[OH-]中的任意一項上升,平衡就左移,即反應(yīng)速度加快。
3) 濃度超過閥值,沉積速度增長緩慢,有資料表明此時副反應(yīng)增強。其中幾個副反應(yīng)值得注意:
Cu2+→Cu+(2)
Cu++Cu+ →Cu↓+Cu2+ (3)
(2)、(3)式說明了在強堿條件下,Cu2+可能被還原成Cu+,Cu+在強堿條件下易歧化形成細小的粒,不規(guī)則的分布于溶液中。
4) 反應(yīng)(1)式中有H2產(chǎn)生。
因此從反應(yīng)入手分析:新配制溶液的濃度我們一般取推薦的上限與下限值的中值,因此溶液的活性極強。假設(shè)經(jīng)高濃度的還原(1)處理后,再經(jīng)低濃度 還原(2)處理,板面部分殘留液的濃度還沒有完全降低,直接入化學(xué)沉銅槽,極強活性的鍍液使Cu在板面迅速沉積,殘留液濃度較高部分的催化性較強,其反應(yīng)速度也較快,使Cu來不及均勻、致密的沉積并與基材銅箔牢固結(jié)合。反應(yīng)產(chǎn)生的H2也來不及排出,就被沉積的銅包圍形成氣泡,從而使沉積的銅游離于基材銅箔產(chǎn)生起泡。瘤狀物質(zhì)則有可能是高速反應(yīng)的副產(chǎn)物Cu顆粒附著于板面,我們知道Cu顆粒以球面與溶液接觸,不似基材銅箔以部分面積接觸。因此就反應(yīng)面積而言,銅顆粒較大,其反應(yīng)速度也快許多,使局部自催化反應(yīng)的化學(xué)沉積越來越快。
基于上述的認識,我們知道活性過強(即反應(yīng)過快)是起泡產(chǎn)生的根本原因。因而控制反應(yīng)速度才能從根本上解決起泡的產(chǎn)生。
2.2解決方案
有2.1的分析,在第二次更換槽液時,我們注意了組分的控制,并將供應(yīng)商的參數(shù)作了更改,現(xiàn)表述如下:
經(jīng)上述變更后,工作溫度采用低溫啟動組份控制在較低的狀態(tài)。更換槽液第一天沉積出的板子,色澤鮮艷、鍍層致密,孔化質(zhì)量好,起泡比例只有0.8%(按塊數(shù)計)左右,即使存在這一現(xiàn)象的,起泡面積小、程度輕。相對前一次大批量、大面積、程度嚴重的情況而言,狀況改觀極大。經(jīng)兩到三天的正常維護,起泡現(xiàn)象完全消失,從而達到穩(wěn)定生產(chǎn)。
2.3小結(jié)
經(jīng)上述的調(diào)整,基本達到我們所期望的狀態(tài),但依然存在起泡現(xiàn)象。源于這次的調(diào)整是一次試驗。各組份沒有達到最佳的匹配狀態(tài)。經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)整是完全能達到最佳的。
3.幾點建議
1) 從綜合因素考慮,減緩反應(yīng)速度的措施可全面一些。在降低Cu、HCHO、NaOH組份濃度的同時,可增加絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑的濃度,這樣既可使組份保持相對較高的濃度,避免組份濃度過低造成黑孔及其它不良的孔化,又可以保持較為緩慢的反應(yīng)速度。即是說采取單一的方式是不可取的,那樣會導(dǎo)致溶液組份失去平衡。
2) 隨時間的推移,組份濃度應(yīng)隨著升高。所以,在開始的幾天,嚴密監(jiān)控組份濃度極為重要,根據(jù)沉積質(zhì)量適當調(diào)整組份濃度。當達到穩(wěn)定狀態(tài)時,應(yīng)逐步恢復(fù)到供應(yīng)商的參數(shù)值。
3) 還原劑濃度適當?shù)托?br />
必須指出:本文只作定性的討論,對于量的概念應(yīng)根據(jù)實際情況予以不同的處理。所以在行文過程中體現(xiàn)出這一點。在操作過程中作好記錄,找出一般性規(guī)律以便于規(guī)律性添加,因為有些組份的增長并非線性。