10.電鍍藥水管理S

第十章、电镀药水管理 在连接器之连续电镀，一般镀金多半使用酸性硬金浴 ( 金钴合金最多 ) ，镀镍使用 氨基磺酸镍浴，镀锡合金使用烷基磺酸锡浴。而各电镀厂所使用药水的厂牌不尽相同， 药水配方当然也不相同，但不管使用何种电镀药水，皆需要得到有效的维謢与管理，才 能确保电镀质量之稳定性，及延长药水的使用寿命。因此我们就必需要从各种电镀药水 之形成 ( 建浴或开缸 ) 、使用、保养、异常处理，一直到报废等过程，做有效的管制及 记录。以下就提供多年来管理电镀药水之经验，并以统一化来叙述管理原则，至于有关 药水的管理实务(技术)刊载于附录。 一. 建浴： 1.建浴时机：一般在下列情况时进行建浴 ( 开缸 ) 动作。 A.新设备产生的时候。 B.现有药水出现异常状况，暂时无法处理时。 C.新产品、新规格，配合客户开发特殊制程时。 D.定期保养，预作备用更换时。 E.多余药水，为减少损失、减废及备用之考虑，作适时修正建浴者。 2.建浴步骤：详细参照各厂牌 [ 电镀药水使用说明书 ] 。 A.依照建浴总量及组成量，计算并秤量所需各化学药品之数量。 B.将药槽清洗干净，必需使用纯水清洗 2~3 次以上。 ( 若是旧槽或原药槽与新药 水为不同类时，必需作特殊清洗动作 ) 。 C.确定排水阀为关闭状态之后，依照各 [ 电镀药水使用说明书 ] 步骤进行加 药。 D.配制完成后，必需先取样作哈式槽试验。 E.试验片若未达预期标准，必需作组成份之修正，若符合则可正式进行使用。 3.资料建文件：在建浴完成后，必需编号建立数据存盘，内容包含槽号、容量、组 成 份、建浴日期、建浴者、审核者、分析记录、检验记录、添加记录、修正记录、 执行者、重大处理记录等。 二. 使用： 1.生产人员必需确保电镀药水槽液量之稳定性，因会影响药水浓度。 A.尽量避免带进、带出或漏水。 B.避免大量补水，原则上一次补水量勿超过槽液量之2% ( 因考虑温度与浓度 )， 最好是增设自动添加系统，可以确保药水容量的一致性。 C.若一次须补充大量水时，必需事先知会电镀药水管理者及电镀技术者，若评估 会影响电镀质量时，务必停机处理。 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－１ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 2.生产人员必需确保电镀药水不受到外界污染。 A.尽量避免镀件、工具、金属等零件掉落到药槽里，若发现有掉落情形务必立即 处理。 B.添加药品时，必需再一次确认无误后(药品、数量、药槽)，方可加入药水槽。 C.当停机时，尽量避免镀件浸泡在药水中。 3.生产人员在更换水洗时，必需确保药水不被错误排放掉，通常都发生在前、后处 理药槽，而在新人操作时应特别加以监督。 4.生产人员在添加药品后或操作药水时，应有相当的记录。 三. 检验与分析： 电镀药水管理者必需依照公司之规定进行检验分析工作。 1.依照各种电镀药水而异，其中包含pH值、比重、组成份、哈式试验、不纯物测试。 2.检验分析的时机： A.停产后的首日开机生产前，如周日休息，周一重新开机时。 B.中已经规定之时间或日期。 C.药水修正后再确认时，如调整pH值时。 D.因变更制程而须修正药水时，如2g/L金含量改为8g/L金含量时。 E.做哈式试验或其它试验片时。 F.在药水不稳定期、追踪期或其它原因而须加强检验时。 3.检验分析频率： A.检验分析频率之订定，必须以药水变化周期为主，也就是说在周期内药水变动 幅度不致于影响到生产质量为主。 B.若因设备或制程改变而增大药水变动幅度时，必需立即作追踪并修正频率。 4.检验分析设备及： A.检验分析设备、仪器、器具必需定时作校验并记录，以确保分析之准确性。 B.检验分析方法以最精准、最迅速、成本最低为先后顺序。 C.检验分析方法应尽量参照国际或国家标准，并须实际对参照方法做过验证。 5.主管必需定期或不定期对检验人员做验证，以降低人为误差度， 特别是新进人员。 6.当检验标准 ( 控制范围 ) 有变更时，必需适时做版本修改，并详细记录变更原 由，以利于将来的追溯。 7.检验分析结果必需记录下来，包含委外分析数据，记录内容必需包含结果、正 常与否、修正记录、修正后再检验结果、执行者、日期等。 8.检验分析后，若有异常或偏离规定控制范围时，必需立即对药水作调整及修正。 9.若调整及修正幅度大到会影响生产质量时，必需与生产单位主管沟通，必要时停 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－２ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 机来调整药水。 四. 药品添加： 1.例行性添加：指经过追踪后，计算出大约固定消耗量，而分批或每日添加之药品 ，如光泽剂等。 2.调整性添加：指经过检验分析后，偏离规定控制范围而修正时所添加之药品。 3.秤量药品时，必需确定计算是否正确、所取药品是否正确，以及盛装容器是否干 净。 4.添加药品时，必需再一次确认药品及修正药槽无误后，方可加入。 5.药品不可直接加在子槽内 ( 镀槽 ) ，应该加在母槽内，令其搅拌圴匀。 五. 定期保养： 1.过滤：平时必需维持过滤状态，并于每周检查一次滤心，肮脏或阻塞时应立即更 换并记录。滤心筛目越小，过滤效果越好，电镀质量也会越好。 2.沉降：依照不同药水而必需进行翻槽作沉降处理。 A.翻槽时必需停机处理，故可以选择放假日进行处理，或取备用药水交替使用及 处理。 B.沉降处理完成后，必需记录下来，包含处理日期、处理量、使用药品量、处理 者、审核者、修正记录。 3.弱电解处理：依照不纯物分析或哈式试验结果，在不影响正常电镀下选择适当时 机做处理。 六. 异常状况处理： 1.当电镀药水发生异常状况，应立即停机并取样作何式试验 ( 必要时作分析 ) ，若 短时间内无法改善而且赶着生产时，应立即取备用药水或重新开缸使用。 2.若经实验可以处理改善时，应撰写报告存盘或记录在药水档案中。 3.若确定无法挽救时，并经药水商确认，则执行报废作业，并探讨造成原因及撰写 报告上呈。 七. 标示： 无论是预备药水、待处理药水、报废药水皆必需给予标示清楚并区隔开来，标示内 容包含药水状态、药水名称、编号、数量、发生原因、登录日期、承办人等。 八. 耗用量与成本统计： 当每个月结束后，可根据药水添加记录，逐项合计每一种药品、每个机台之成本 及当月所有电镀药品之总成本。而仓库盘点结果减去现埸未使用量，所得的当月消 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－３ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 耗量，理论上应与添加记录表之总合量一致。 附录 一、 电镀药水的架构： 药水架构 氨基磺酸镍浴 酸性金钴浴 烷基磺酸锡浴 水 纯水 金属盐 氨基磺酸镍 氰化亚金钾、钴盐 烷基磺酸锡 导电盐 氨基磺酸镍 导电盐 烷基磺酸 阳极助剂 氯化镍 无 烷基磺酸 添加剂 缓冲剂、柔软剂 光泽剂、湿润剂 硬化剂、光泽剂、 螯合剂 起始剂、补充剂 二、 电镀药水的变化： 1. 因电镀析出而消耗：主要为金属，由阳极解离补充、或是添加补充。 2. 药水被镀件带出的损失：很明显比重下降，代表所有组成分都损失。 3. 因电解反应所产生的分解与累积：如光泽剂的分解、四价锡的产生等。 4. 因水蒸气蒸发而改变药水浓度：所有组成份含量因浓缩而上升。 5. 药水被稀释：人为疏失、水洗水带入、冷凝水带入、添加药品等。 6. 异物带入的污染：组成份的杂质、加错药、镀件工具掉入、前制程药物带入。 三、 药水管理注意事项： 1. 脱脂剂：在第四章已经详述了如何选择适当的脱脂剂，于此再补述脱脂剂的管理 及有效的使用经验。 A. 许多电镀厂在管理脱脂剂药水时，皆是测量比重为依据，不足时再补充脱脂 剂来维持其浓度。其实这个观念是有所偏颇的，原因是：当脱脂剂是完全新 液时是对的，但是一旦脱脂剂与冲压油反应后，会产生不溶的悬浮物(沉淀 物)，该悬浮物不但占了一定的比重，降低了脱脂剂之有效量，而且还阻碍了 剩余有效量之除油能力。除非安装过滤系统，将这些悬浮物过滤掉，并补足 脱脂剂含量，才可以维持一定的脱脂能力，而且也可降低更换药水之频率， 达到环保的目的。最简单的方法为将原来的泵，改为过滤机泵，滤心使用 10 μm，并可藉由检视流量来评估更换滤心的时机。 B. 脱脂能力的强弱，除了浓度、温度、电解不谈以外，主要靠着脱脂剂中的强 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－４ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 碱及界面活性剂。基本上强碱主要为片碱(氢氧化钠)，碱度越高除油会越强， 但是容易咬伤铜素材，所以必须计算浸泡时间，及停留于空中的氧化时间。 界面活性剂主要为阴离子及非离子，固然界面活性剂越高除油会越强，但是 伴随着泡沫问、COD问题也挺麻烦的。因此当遇到偶发的脱脂不良情况时， 可以向药水商或化工原料行单独采买，善用这二项的调配方法。 C. 再来是脱脂药水的浮油及浮渣问题，该情况未见任何一家电镀厂有在管制。 由于脱脂方式是由母槽将脱脂药水藉由泵打到子槽来处理，若浮油或浮渣也 同时被抽到子槽时，当端子脱完油脂在离开子槽溢流口时，这些浮油刚好又 披覆到端子上，反而造成脱脂不良，特别是在最后一个脱脂槽(因为后面已经 没有脱脂工段了)。因此建议脱脂母槽设计如下图，可以很容易将浮油隔离在 槽 1区，而沉淀物会被隔离在槽 1、2区。 子槽回流 排油堰 浮油(液面) 3 2 1 沉淀物 泵 脱脂母槽 D. 阳极电解脱脂药水，因为有铜解离出的问题，虽然脱脂效果较强，但是较不 稳定，建议一定要监测药水中铜离子的含量，及药水的浊度。 2. 活化酸： A. 我们都知道铜合金底材使用稀硫酸来活化，而铁底材及镍层使用稀盐酸来活 化。原因是铜合金的氧化膜很容易破坏，而铁材及镍层的氧化膜比较难破坏， 特别是放置时间长久的镍层，因此必须使用到稀盐酸，当然也可以购卖市售 专利配方(侵蚀性较温和)。 B. 铜合金底材的活化速度是非常快的，在脱脂完全下只要数秒，甚至一秒都不 用。然而活化酸配置浓度要多少才比较恰当，除了市售专利配方的固形酸， 依照其厂家建议以外，个人建议购买 50%的硫酸，来配置 5~10%的浓度，并采 取每天换缸的方式，理由如下： a.50%的硫酸便宜，每天换成本低廉，废液又可以拿来当污水处理的酸液。 b.使 50%的硫酸来配置活化酸比较安全，不会有放热溅起的危险。 c.硫酸浓度配的越高，素材溶下的铜会越多，一但活化酸的铜离子越高，反 而造成铜还原于素材上或是返镀的镀层上(如下图)，轻者外观不良，严重者 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－５ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 脱皮及造成将来的快速腐蚀。 銅 0.18g/L 活化酸浸泡 5 秒 C. 由于市售专利配方的固形酸，有的配方含有铜还原抑制剂，因此耐用度比较 好，不过个人还是建议最好先做铜还原试验比较好，确认您购买的固形酸能 够抑制多少铜离子，将来就以测比重及铜含量来管理药水。当然如果您买的 固形酸并没有铜还原抑制的功能，那就不必花冤枉钱，就用稀硫酸就可以了。 D. 有些技术者认为铜底材的腐蚀，注意喔---是腐蚀，不是氧化喔---，可以用 比较浓的硫酸或是固形酸就可以处理掉腐蚀物，这个想法是很天真。不但除 不了腐蚀物，还造成大量的铜溶入活化酸中，致使后续其它产品的电镀不良。 活化酸只能去除薄的氧化膜(氧化亚铜-红棕色)，无法去除铜合金的腐蚀物 (氧化铜、氧化锡、氧化锌、铜绿⋯等)。铜的腐蚀物就如同铁锈一样，是必 须要用到除锈的方法，该法对铜来说就是化学抛光，是要使用到调和强酸。 铜材活化不掉的腐蚀物 E. 最基本的，活化酸应为透明无色液体，一旦变色(青色)应立即更换药水。 3. 氨基磺酸镍浴：在第五章已经有提供许多药水管理重点，于此再做稍许的提醒。 A. 比重控制在 32~36 波美之间，可以稳定 pH 值在 3.8~4.2 之间，减少调整 pH 的工时，也可节省氨基磺酸。 B. 建议追踪一个月以上的各组成份消耗量，可以换算为工时(Hr)、安培小时(A ‧Hr)、面积(dm2)⋯等单位，将各组成份之消耗量，依照每天(或每班)分散添 加于镍槽，如硼酸、氯化镍、柔软剂⋯等。这样管理不仅药水非常稳定，就 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－６ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 因为药水稳定可以减少分析与调整的工时、药品费用，最重要还是造就了镍 层质量稳定。 C. 电镀厂每一条生产线，都一定会有数个镍槽，建议尽量所有镍槽的系统都一 致，也就说，开的是半光泽镍，就所有镍槽都开半光泽。如果要开高温镍就 全部镍槽都开高温镍，若开全光泽镍也是一样。主要的理由为便于管理，以 及避免内应力的排挤效应。 二重镍的内应力排挤 半光泽与全光泽的脱皮 D. 有关镍槽的镍离子含量，不需要用滴定法来分析(浪费时间又浪费钱)，直接 测镍药水比重就可以了。理由为镍药水中 95~97%都是氨基磺酸镍，比重不够 就是代表氨基磺酸镍不够(镍离子)。 E. 建议将原来的泵，改为过滤机泵，滤心使用 1μm，可以提高镍药水过滤质量， 也可 100%确保镀槽中镍药水的质量，并可藉由检视液位高度来评估更换滤心 的时机。 F. 目前连续电镀已经几乎都是使用半光泽镍，若柔软剂的管控量，无法用仪器 来分析时，可以利用哈式槽试验来分析，建议做 3 安培 55℃二分钟，哈式片 高电流区(片子的最左方)保持 1mm 的白雾，以免柔软剂过量无法察觉。 G. 由于高温镍的伸张应力是无上限的，所以应该特别小心管控镍药水中之磷含 量，建议药水中纯磷含量(P)控制在 0.3g/L 以下最为保险。 4. 酸性金钴浴： A. 金药水的管理很简单，只要有良好的过滤、避免杂质(镍、铁)污染、避免三 价金的产生，监测二价钴含量，以及高电流的光泽剂量的管控就可以。 B. 建议将原来的泵，改为过滤机泵，滤心使用 0.5μm 以下，可以 100%确保镀槽 中金药水的质量，并可藉由检视液位高度或流量，来评估更换滤心的时机。 C. 有关金槽的污染主要是镍，该问题已经于前几章详述多次了，这些年来看见 电镀厂努力地改善风刀及清洗工段，但结果都不尽人意。建议可以选择有除 镍能力的金药水，或是镀金前增设阻镍工段，以延长镀金药水之寿命。但无 论如何，只要污染值超标应果断处理，尽速做除镍或换缸，不要舍不得眼前 的小损失，而换来将来的大赔偿。 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－７ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 D. 镀金阳极应该选用氧化铱/钛复合电极，不仅耐蚀性良好，而且具有最优秀的 电极触媒能，其氧过电压非常的小。所以在镀浴中使用为阳极时，其氧化能 力非常的低，几乎不具氧化作用，因此一价金就比较不会被氧化为三价金， 同时及化现象也可以减轻，是现在镀黄金浴中最理想的阳极。三价金的形成 后，很明显的就金含量足够，但是电镀速率变差了。此时可以使用还原剂， 将三价金在还原回一价金，一般添加量很少，必须小心添加，因为过量时会 使药水中的金极易还原于设备上，甚至在阳极或是加热器上。 E. 金药水中的二价钴应该定期分析，分析方法参考第六章。二价钴不足时镀层 会发红，过量时金的纯度会下降，阻抗、焊锡、耐蚀都会变差。 F. 过去的经验告诉我们，刷镀金药水(厚金)长时间操作下来，比重会一直上升， 原因是产速比较慢、药水带出少、添加 PGC 量大，造成钾离子的累积。加上 电镀后 pH 值的上升，为了降 pH 值须一直添加酸盐，所以比重会节节上升。 要改善的方法很简单，先将药水加热浓缩一半后，再将药水冷却到 0~5℃时， 会有很多结晶物产生(钾盐类的析出)，然后将药水抽出分离即可。 5. 烷基磺酸浴： A. 市售的雾锡浴，经过本人的实验了解，我把它分为为真雾锡浴及半光锡浴(如 下图)。雾锡浴建议尽量使用真雾锡浴，因为其镀层含碳量远低于半光锡，它 之所以会有半光效果(较平滑)，也是靠着光泽剂(高碳有机物)来完成。 真雾锡浴 半光锡浴 B. 若使用半光锡浴时，尽量少用晶格细化剂(低电流走位剂)，因为低电流走位 剂含量越高，很明显低电流密度区覆盖能力越好，但是锡镀层含碳量会越高， 焊锡力会越差、重熔聚缩锡会越严重。如果希望低电流走位强一点，可以降 低浴温，建议 40~45℃为最佳，同时也可以降低药水分解速度。若降温后效率 变差、高电流烧焦，可以提高锡含量来弥补。 C. 电流密度开得越高、操作的温度越高、添加剂加的越多，分解的有机物就越 多，当然锡镀层的含碳量就越多，失控时甚至含碳量比亮锡都还多。因此随 各家操作习性，必须定期翻槽做活性碳处理，就个人辅导经验半光锡约 1~2 月需要处理一次。 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－８ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 6. 锡变色防止剂： A. 市售锡变色防止剂都是酸性，其原理是利用酸的微蚀锡镀层，所产生的极化 膜(磷化膜)，来保护锡层短暂防氧化功能。由于是利用酸来咬锡镀层，轻微 咬蚀时肉眼是看不出来，但是严重咬蚀时，锡层就会产生蓝光~白雾现象。因 此必须严格控制锡变色防止剂的配置浓度、操作温度、浸泡时间三项条件， 否则就经常发生没有效果，或是咬伤锡层等问题。 B. 锡变色防止剂应该要定期换新，不要只是补充就好。因为锡变色防止剂中的 锡含量会越来越高(锡离子来自锡药水及微蚀锡层)，而且甲基磺酸会与锡变 色防止剂会起化学反应，不但防变色效果变差，也会造成镀层的反效果。管 制方法可以测试锡变色防止剂中的锡含量，或是观察锡变色防止剂溶液的颜 色，正常为无色透明液。 7. 封孔剂： A. 市售封孔剂的类别 名称 俗称 优缺点 溶剂型油膜 油性封孔剂 优点：防蚀力强、有些能助焊、不易污染药水 缺点：较不环保、成本高、易沾尘 溶剂型干膜 油性封孔剂 优点：不易沾尘、不易污染药水 缺点：防蚀弱、较不环保、成本高 水溶型油膜 水性封孔剂 优点：水制程方便、成本低 缺点：泡沫多、防蚀弱、易污染药水、易沾尘 水溶型干膜 水性封孔剂 优点：不易沾尘、水制程方便、成本低 缺点：泡沫多、防蚀弱、易污染药水 B. 若是使用溶剂型封孔剂，无论采用浸泡式或是喷雾式，其母槽构造建议如下 图，这样的结构才不会同时，将封孔剂及水一起抽上来封孔，造成封孔不良。 子槽回流 2 1 水 泵 排水阀 封孔母槽 由于溶剂型封孔剂具有切水功能，因此端子表面的水(比重 1.0)，进入封孔 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－９ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎ 第十章、电镀药水管理 剂中会立即沉淀在母槽 1区槽底，而封孔剂比较轻(比重约 0.75)会流入母槽 2区，当泵在槽 2区抽取封孔剂时，就不会抽到水。而槽 1区可以随时排掉 槽底的水。 C. 溶剂型封孔剂的稀释剂，建议使用碳氢系环保溶剂，该环保溶剂有不同挥发 度之等级，若希望封孔膜均匀干爽可以选择快干型环保溶剂，但是就因为挥 发速度快相对使用成本较高。若使用慢挥发环保溶剂，则会有较油湿感，一 般挥发速度建议闪火点选在 30~50℃之间，就成本与效果来说最为恰当。另外 若是大面积的镀件(如壳类)，可以选择快挥发的环保溶剂(闪火点约在 10 以 下)，或者是使用隐型封孔剂(如下图)。 隱形封孔劑 D. 若使用水溶型封孔剂，尽量以不需再水洗为优先，怎么说呢?因为其主剂(油) 是藉由接口活性剂溶于水中的，所以也很容易被水给洗掉(冲掉)，因此防蚀 效果会大打折扣，甚至无效。 E. 由于锡药水、锡变色防止剂，会渐渐带入封孔槽，与水溶型封孔剂产生化学 反应，而产生悬浮物变混浊，所以水溶型封孔剂一旦混浊后，应立即重新开 缸，以免造成反效果。 著作者：ALLAN CHIEN／版本： Ｇ 版／日期：2008年07月01日／页次： １０－１０ ◎◎◎本教材之著作权乃属恒伸工作室所有，未经允许不得任意翻印◎◎◎