线边锯齿之四：线表凹坑的成因与解困

　　二铜操作中被镀之线路表面发生凹坑异常时，其情形可能有：
　　表面附着外来的固体污物者，镀后会形成点状或不规则状的陷坑。
　　出现气泡的附着（氢气或空气）者。会形成半圆形或半球状的锥状凹陷（Spherical pits），台湾业者曾戏称此者为子弹孔。
　　事实上硫酸铜槽液之酸性镀铜，对于待镀表面的任何污染都极度敏感，不信的话您可用手指轻触其某一待镀区，镀后钢面上将毫不客气，忠实留下原来的指纹。即使戴了橡皮手套去摁摸，酸铜还是照样是不给面子，镀后亦将应声下凹表演缺陷给你看！
　　4．1 固体粒子附着所造成的不规则凹陷
　　干膜光阻在二铜槽液中长时间浸泡冲刷下，难免会发生碎小颗粒的崩落与浮游，且槽液中还有其它灰尘、粉屑、油渍等固体粒子的为非作歹。一旦不幸吸附在待镀区时，就会形成不当的意外阻剂，使得该处铜层的增长受到阻碍，进而形成不规则的凹陷。上图14即为此等下凹的实际昼面与另绘截面图的解说示意情形。
　　上述槽液为免于固体粒子的困扰者，除了慎选干膜与加强循环过滤外，还应对周围环境妥善管理，以杜绝浮游粒子的来源，如此方能排除此种线表不规则凹陷的发生。
　　4．2气泡附着所形成的球面凹陷
　　二铜操作中处于阴极的待镀板，难免会发生气泡的出现与附着，万一不幸被横向线路的干膜阻剂所吸着又逐渐膨大时，则在其阻止二铜的生长情形下，就会造成线表的球面凹坑（Gas bubble Pit），离谱时甚至还将占据整个线宽。只有当浮力超过附着力之下才会逸走，否则就必定会妨碍二铜的生长。下图15即为此等球坑的实像与其示意说明。
　　此等球坑虽有深浅的不同，但绝大多数当板面处于槽中直立时，出现于其横向线路阻剂的下缘，是“细碎气泡” 沿板面爬升时被“横列光阻”所挡住了去路，进而抑制二铜生长所形成的。这就是球坑之所以集中在二铜横线或横垫上侧的原因。气泡愈早被冲走者其球坑或点坑（pits）就愈小或愈浅，另者阻剂愈厚时球坑点坑也将变大变深。然而板面其它亘列线路与大铜面上，却都很少发生此等凹坑。
　　此为槽液中细碎气泡沿板面爬升，而被横线上的干膜厚皮所阻，且因某些品牌的干膜又特别容易吸引气泡的附着，造成二次铜后出现如此形同杵臼锥圆的凹坑，其外貌颇似炸弹坑，台湾业者所流传的“子弹孔” 其实并不足以传神。唯有降低镀液中气体的过量溶入，并减少其过滤机回水再释放微泡的爬行板面，才是根本解决之遗。
　　经过杜邦公司研究员R Olson的长期观察与模拟再现过程，发现此种球坑的主要成因，是槽液中溶入气体之过饱和（Supersaturation）所致。
　　凡当槽液中的“溶气”发生了过饱和，则当槽液所受压力减轻时，就会释放出许多碎小的气泡，并治着板面或槽壁缓缓浮升。
　　一旦过滤循环的泵浦或管道中，不经意有吸入空气或吹气时，在高压泵浦的逼迫与叶片打碎下，会暂时性的迫使气体超量溶入槽液，埋下了“过饱和’的恶因。当此过滤循环的水体又冲回到镀槽并向上涌起时, 在其压力减轻中，使得原本已经过饱和的空气，再次以众多细碎型态被释放出来（De－gassing）。此种“放气” 行为多半发生直立的板面或槽壁上，且上升中体积会逐渐变大，亘到水面上才又消失在大气中。此现像与饮用汽水中的气泡，沿着杯壁的上升并无不同。
　　另外在槽液中刻意加装的吹气搅拌，也是“过饱和”的来源之—。此种大型气泡虽不是主凶，但却绝对不可被吸入到过滤系统中，否则经过吸入压缩与喷出减压的历程后，必定会形成漫无目标为数众多的‘细碎气泡”，此种已被杜邦再现过的罪魁祸首，必须戒慎恐惧敬鬼神而远之。
　　一般干膜光阻多少会有吸引气泡的毛病，怪异的是某些品牌却别具强烈吸牢气泡的倾向，也就是较容易出现“下种点”（Nucleation sites）而诱使气泡的附着，其真正原因目前难明。但其等之亲水性、疏水性或表面瑕疵等参数，多少都会影响气泡的附着。
　　有时通孔中也会发生氢气或空气气泡的聚集，甚至还会从两端孔日冒出并向上滑行，造成一铜或二铜表面出现彗星尾状的条纹升起。幸好酸性铜槽液的电流效率极高（Cell Efficiency，含阴极效率与阳极效率），其副产的氢气与氧气并不多，尚不致对球坑点坑提供太大的成因，不过有时也会造成干膜附着力的劣化。一般当电流密度太高或整流器的不良涟波或纹波（RIPPle）太大时，其副产的氢氧气也会较多。
　　整流器输出的直电（DC）中，难免会夹杂一些品质不良的交流（AC）成分。对于精品电镀制程而言，此种残余交流的败类不可太多，通常高阶电镀制程在涟波之电压（r）数据方面规格，是以输出直流电压的1%为其上限。
　　4．3气泡球坑之对策
　　由前可知细线之表面点坑或球坑，是由于大小气泡附着所造成；而其解困方法则可区分成事先过饱和的避免，及事后板面气泡的排除。前者为积极的预防，后者则为消极的解困，现分述于后：
　　4.3.1避免过滤机人水口吸进‘’吹气搅拌” 的多量气泡，须将过滤机的各抽口尽量远离吹气机的吹出口，减少气泡被直接抽进过滤机系统，避免其造成致命的过饱和。且过滤机的进水口要尽接近槽底，使在较大压力的环境中减少气泡的存在与吸入。至于出水口则可放置较高或接近槽底的位置均可。
　　4.3.2在过滤机入口管路中加装“气／液” 分离机（Gas／Liquid Baffle or SePerator），以尽量防止气泡的进入。并仔细检查与修妥管道或密封泵浦的漏气与空转情形。管道的弯头或转角要愈少愈好，进水口的口径则愈大愈好，以增强其吐出口的正压水力。并在过滤机回水管道的上方设置泄气活门，以每班须定时释放掉长期所累积的气体。
　　此为酸性铜过滤机与其管道之建议安装示意图，为减少气泡混入或为达打空而出现的气泡聚集起见，可在管道顶部设置隆起的活门，以定时执行人工排气，降低气泡在高压中的过度溶解。
　　4.3.3可将挂架进行垂直弹跳式的振动，或定时间举起与摔落（ThumPing）挂架或汇流排（Bus Bar），利用突然的震动使板面或孔内所聚集的气泡被强力拉脱分离。经实地量产之现场试作中，发现此种土法炼钢还颇为有效。
　　4.3.4新设镀槽时，可在槽体一端加设溢流之夹层，让过滤机的进口水从夹层中取水，于是吹气的气泡当然就不会再进入过滤系统了。亦可在现有之槽中减少吹气，或另外加装“强流器（Eductor）”，以补强其搅拌效应之不足。
　　4.3.5加大各板架或排板的间距，减少气泡聚集的可能性。增加板面往复移动搅拌的冲程，或改成瞬间上下式的垂直移动，或在汇流杆（Bus Bar）的鞍座加装震荡器，以降低板面上气泡的附着。
　　4.3.6酸性铜槽液中的吹气，一般了解是为了槽液搅拌与赶走氢气；但吹气另外的功能却是在减少添加剂的耗损。因其中光泽剂（Brightener） 的“双硫部分”，会被阴极氢气还原成为单硫而失效，吹气中的氧气将由于氧化作用而减少此种损失。有时也可多加一些润湿剂（Wetter）以减少细碎气泡的附着，但添加剂中的载运剂（Carrier）与平整剂（Leveller）两者皆具有润湿功用，巨后者的效力还远大于前者。不幸的是Leveler加多后将会造成镀铜层延伸率（Elongation）的降低，对于热应力（Thermal Stress）试验的过关又将十分不利，是故此种做法也不可冒然行之。
　　酸性铜三种添加剂（Additives） 中，其载运剂（聚醚类）除稍具光泽效果外，更可将阴极表面厚度不均的阴极水膜儿（Cathode Film），转变由聚醚槽液所组成且更为均厚的扩散层（Diffusion Layer）。如此当铜离子奔向阴极表面时，将使得原本路途的远近的差异，因Carrier的加入而得以拉近。也就是说此物可压抑住突出点高电流区的镀铜的成长，但对凹陷的低电流区却不致影响，因而可令镀铜表面渐趋于平滑均匀。
　　另就平整剂（聚胺类）而言，比起载运剂来还要更具正电性，故更容易着落在阴极表面负电性较强的突出点。使得后来带正电的铜离子，在此等突出点登陆机会为之减少，因而让镀铜层外表将变得更为平坦。通常Leveller的整平效果比Carrier更好，但却也对镀铜层的物理性质带来负面效果。
　　五、结论
　　大排板表面细线（3mil以下）的制作，尤其是外层板二次镀铜的细线，其困难度远超过小孔或盲孔。上述内外层细线的瑕疵，只是成线流程后段的特例。事实上众多资深业者中，又有何人得以免于灾难？谁个成长又皆全然出自顺遂？锯齿与凹坑之于电路板堪称无人无之！鸡瘟一来满坑满谷的芝麻酒窝与齿痕，怎不令人色变胆寒！幸而两大成因已明，干膜的曝光显像是其—，细碎气泡的附着为其二，业者按图索骥之下问题自应可以纾解。
　　至于其它各种品质缺失，也均有其特定的病根，业者们必须广读相关资料深入观察与细心实地改善，方可循序渐进而有所斩获。盲目臆测大胆蛮干屡败屡战的“傻劲”，徒然只能增加一些粗浅的经验而已，距离实情真相与彻底解困却永远是遥不可及！