印制电路板金属的分布与镀层的厚度依赖于电镀槽的工艺控制

　　印制电路板上金属的分布与镀层的厚度依赖于电镀槽的工艺控制，可通过以下三个方法实现:
　　1)溶液分析或湿式化学分析;
　　2) 榕液的物理测试;
　　3 )电镀测试。
　　1 溶液分析(湿式化学分析)
　　混式化学分析在电解过程中用来确定下列各项:
　　1 )金属离子的浓度;
　　2) 酸的浓度;
　　3 )碱的浓度;
　　4) 氯化物的浓度;
　　5) 金属杂质。
　　采用传统的湿式化学分析方法对金属或非金属镀液进行成分分析前，仔细研究供应商的说明书是一个明智的选择。这些分析方法多数要使用pH 值测定仪、特种离子电极、比色计、分光光度计等。可以使用各种技术包括液相色谱法、紫外线和可见光分光光度计、离子色谱法、极谱法以及伏安计等对锡、金、镍溶液中的有机添加剂进行测量。这些方法的细节在化学分析仪器测试方法标准文件中均有介绍，但其细节不在本书的讨论范围之内。
　　2 溶液的物理测试
　　以下为电解液物理测试的相关参数:
　　1)密度;
　　2) pH 值;
　　3) 表面张力;
　　4) 霍氏槽测试。
　　1.密度
　　电解液的密度依赖于溶液中的含盐量，它可以使用一种称为液体比重计的仪器进行测量。通过密度的测量可以给出溶液中金属含量的精确值，其含量必须维持在推荐值以内。密度通常用托窝德尔比重。单位或波美比重单位来表示，它们均可由比重推出，如果密度标度采用波美比重给出，可以使用下面的公式来计算比重
　　表8-2 给出了波美比重与托窝德尔比重的典型值。
　　2. pH 值
　　pH 值决定了溶液的酸度和碱度，为了测量电镀溶液中的pH 值，通常使用pH 值测定仪采用电测法测定，对于高准确度的测量，需要采用数字式pH 值测定仪。
　　3. 表面张力
　　为了消除吹气凹点提高沉积效果，常在电镀溶液中添加表面活性剂(表面活化剂)。例如电镀槽中的酸性铜电镀液中常加入不起泡的表面活化剂使空气搅拌过程中产生的泡沫最少。在工艺控制中，为了溶液中铜的保持需要测量溶液的表面张力，通常使用扭秤来测量溶液的表面张力。该仪器可以用来测量将标准面积的玻璃板与进行测试的溶液的表面分离所需要的力，力的大小通过分度刻盘显示出来。
　　4. 霍氏槽测试
　　当需要考虑添加剂的总含量并决定添加多少原料时，可以采用一种简单的技术来进行推断，常采用一种称作霍氏槽的微型电镀槽。霍氏槽测试装置如图8-12 所示，该电镀槽采用一系列的样品电路板测试电镀来决定镀液何时需要进行调整以及需要添加多少添加剂。
　　霍氏槽用来对镀槽中锡/铅镀液的状态作出快速的检测，霍氏槽测试与化学分析方法配合使用，可以定性的和定量的分析镀液的主要成分。
　　当添加的溶液到达电镀槽壁上的标志线时，此时测试样液的容积为267ml ，如果用下列参量来表示:
　　1) V: 电镀槽的容积(1)
　　2) H: 添加到霍氏槽中以生成检光板的添加剂的量(ml)
　　3) C: 主镀槽所需添加剂用量(ml)
　　则与加入到霍氏槽和需要加入到电镀槽的物质相关的倍增因数为
　　C = (V/0.267) x H
　　根据电路、时间和温度在指定的条件下进行操作，霍氏槽测试可以给出pH值控制指示、污染物以及电镀槽的总体情况，它在镀液和工艺调节方面的帮助很大，对于决定催化剂对油比(添加剂比率)和镀液的不纯净度特别有用。因此，霍氏槽测试已经成为了电镀榕液以及其他相关溶液的测试、控制的最重要和普遍应用的工具。该设备使用简单，价格便宜，决定电解液的质量所需的测试仅需几分钟，其主要缺点是在镀铜过程中像镀层无光泽、不平整以及有凹点等缺陆不能被霍氏槽检测出来。
　　3 电镀测试
　　如果电路板电镀的质量不合格，就会引起许多问题例如锈蚀、载流约束、粘连、接触电阻以及耐磨性方面的问题。通常电镀的质量通过测试以下参数来确定:
　　1 )金属厚度测试(电路板表面与镀通孔) ;
　　2) 疏孔度测试;
　　3) 附着力测试;
　　4) 焊接性测试。
　　3.1 金属厚度测试
　　电路图形以及镀通孔的镀层厚度可以用以下两种方法来衡量:
　　1 )非破坏性方法-[3反向散射法;
　　2) 破坏性方法一微截面法或横截面法。
　　1.非破坏性方法
　　测试印制电路板镀层最常用的非破坏性方法就是β反向散射法，其对于导电图形和镀通孔电镀期间和电镀完成后及蚀刻操作开始之前来衡量镀层的厚度是一种特别有用的方法。该方法利用安装在适当探测器上的放射性同位素发出自射线，探测器由自射线放射掘和接收器组成。将检测器放置到需要检测表面厚度的金属镀层上面，探测器发出的一部分β射线撞击到金属表面并反射回来β反射回来的射线的强度随着金属镀层厚度的增加而减少。采用适当的标准刻度，β射线电子计数器直接给出以微米为单位的镀层厚度。该仪器给出的只是镀层平均厚度，它主要用来测量铜箔上金、锡、锡·铅合金镀层的厚度，环氧树脂上铜层的厚度以及铜箔上光阻剂的厚度。要探测较大范围镀层的厚度需要β射线粒子交替进行几次探测操作。该技术是一种快速、准确且非破坏性的镀层厚度测量方法，因此它在印制电路板制造的质量控制领域应用非常广泛，一个不熟练的操作员甚至都可以进行操作。
　　2. 破坏性方法
　　最常用的破坏性检测技术是对金属镀层微切片的厚度给出直接的测量，它包括金相学标本的准备以及在显微镜下进行的检验。
　　将镀金属的印制电路板进行垂直或水平的切割，在显微镜下观察其可见层结构并拍照，这样就可以确定导电图形和通孔壁镀层厚度的变化了。通常使用金刚石圆锯对电路板进行水平横切，并用转轮抛光机采用金刚石磨浆或砂纸进行抛光。将风干的试样放到放大倍数为30 - 1000 倍的显微镜下，对每一个镀通孔壁的三处不同位置进行观察和拍照，通常其报告结果为一个平均值。这种微切片技术用于薄的镀层会带来较大的误差，例如对于l μn 厚的镀层，其误差可能高达50% ，但对于较厚的镀层，误差会大大减少，对于5μm 厚的镀层来讲，其误差只有2% 左右。
　　该技术的优点是其可以应用于各种形状的镀层，包括通孔镀层。另外像镀层的数量和类型、均匀性、破洞的情况以及导体的底切等额外的信息也可以很容易的获得，但该方法耗费时间且需要熟练的操作人员操作。
　　3.2 疏孔度试验
　　疏孔度试验用来检测电镀表面如疏孔、裂纹等镀层的不连续。该试验对于金手指特别重要，因为通过镀层的疏孔使基金属受到侵蚀会使金手指的表面电接触性能受到不利的影响，因此，疏孔和裂纹是贵金属镀层的主要测试对象。
　　镀层上的疏孔可以通过多种技术检测，最常用的是电记录测试和一些气态试剂疏孔度试验。气态试剂试验需要将镀好的印制电路板暴露在二氧化硫中24h 。将样品放入一个容积为101 的密闭容器中，并向该容器加入0.5cm3的水和100cm3 的气态二氧化硫，过24h 后将容器打开，向其中注入100cm3的硫化氢并在此时将容器密闭。镀层存在疏孔的位置其基金属会被腐蚀，这可以通过肉眼或显微镜观察到。这种疏孔度试验最常用于铜及其合金基板上金、铅系金属、锡·镍合金镀层的测试。
　　3.3 电记录测试
　　该测试使用硫化镉试纸，将湿润的试纸插入到电路板铜箔与铝板之间并压紧，铜箔充当阳极，铝板作为阴极，使一定的电流流过这种类似三明治的夹层结构。电流经过铜板镀层金属上的疏孔并经过硫化镉试纸流到铝板上，如果此时在硫化镉试纸上有黑色斑点形成，则说明该处的金属镀层有疏孔，没有疏孔的镀层则不会在试纸上形成这类黑色斑点。镀镍的印制电路板常使用这种疏孔度测试，通过这种方法甚至可以发现电路板镀层上的微裂纹。
　　3.4 粘接力测试
　　粘接力表示镀层与金属的结合强度，当镀层的粘接力很差时，可能会导致镀层裂开或卷翘，粘接力决定了粘接的质量。为进行这项测试，需要将一条胶带均匀粘压在金属镀层的表面(没有气泡) ，然后将胶带从边缘处用力拉起，这样金属表面镀层的粘接力就得到了检验。
　　3.5 焊接性测试
　　焊接性是对镀层表面对熔融焊锡完全浸润能力的一种衡量，该测试通常用于抛光完工后的印制电路板。测试时将1 in2的经过助焊剂处理的样板与没有氧化物与杂质的焊锡相接触，测试推荐温度为240 'C /s。将清洁的电路板用10 倍放大镜观察以下几点:
　　1)浸润:形成均匀的焊锡层;
　　2) 半漫润:焊锡覆盖层不规则;
　　3) 不浸润:焊锡覆盖层不规则且暴露基金属。
　　试样必须呈现95%的完全漫润才算合格。