TWI824308B - 可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法及系統 - Google Patents

Abstract

一種可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法，其步驟包括：將電路板逐片採水平輸送方式進行：噴砂、水洗、超音波清洗、水洗、酸性清潔、水洗、多段式 微蝕、水洗、預浸、活化、水洗、後酸浸、超音波清洗、水洗，之後翻轉電路板成垂直狀且採逐片連續移動方式進行，其中多段微蝕流程是先經噴灑微蝕液、之後再浸泡於噴湧的微蝕液中：化學沉積鎳、水洗、化學沉積金、回收水洗，之後再翻轉電路板逐片採水平輸送方式進行：水洗、吹乾、烘乾等作業，而所使用的系統是由依序串聯並排的噴砂槽、第一水洗槽、超音波清洗槽、第二水洗槽、酸性清潔槽、第三水洗槽、多段微蝕槽、第四水洗槽、預浸槽、活化槽、第五水洗槽、後酸浸槽、超音波清洗槽、第六水洗槽、化學沉積鎳槽、第七水洗槽、化學沉積金槽、回收水洗槽、第八水洗槽、吹乾槽、烘乾槽所構成，藉此本發明方法及系統就能僅經由單一系統完成電路板的表面處理。

Description

可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法及系統

本發明為一種電路板製造之技術領域，尤其指一種涉及化學鎳金所採用之製程及系統。

化學鎳金（Electroless Nickel/Immersion Gold，簡寫為ENIG，又稱化鎳金、沉鎳金或者無電鎳金）是通過化學反應在銅的表面置換鈀，再在鈀核的基礎上化學沉積一層鎳磷合金層，然後再通過置換反應在鎳的表面置換上一層金。化學鎳金主要用於電路板後續組裝製程的表面處理。

化學鎳金製程在電路板加工中的處理流程包括：前處理、化學沉積和後處理。前處理的步驟包括：刷磨→水洗→噴砂→水洗→超音波清洗→微蝕→水洗→酸洗→水洗→吹乾→烘乾。化學沉積的步驟包括：清潔→水洗→微蝕→水洗→前酸浸→水洗→預浸→活化→水洗→後酸浸→水洗→化學沉積鎳→水洗→化學沉積金→水洗→乾燥。後處理的步驟包括：酸洗→水洗→超音波清洗→水洗→吹乾→烘乾。

因此習用化學鎳金製程所採用的系統就必須包括三組設備，分別為前處理設備（如圖1A所示）、化學沉積設備（如圖1B所示）及後處理設備（如圖1C所示）。前處理設備包括：刷磨槽101、水洗槽102、噴砂槽103、水洗槽104、超音波清洗槽105、微蝕槽106、水洗槽107、酸洗槽108、水洗槽109、吹乾槽110、烘乾槽111。當電路板淨化後，須由人工將電路板逐片放置於一吊籃200內。

化學沉積設備包括：清潔槽121、水洗槽122、微蝕槽123、水洗槽124、前酸浸槽125、水洗槽126、預浸槽127、活化槽128、水洗槽129、交換槽130、後酸浸槽131、水洗槽132、化學沉積鎳槽133、數水洗槽134、化學沉積金槽135、數水洗槽136、乾燥槽137。生產作業方式是將已放置複數片（例如20~40片）電路板的吊籃200，利用兩台移行吊車，第一移行吊車201、第二移行吊車202依序移動至前述反應槽室之間，帶動吊籃200垂直上升或下降。當吊籃200由第一移行吊車201依序移動至交換槽130後，將由第二移行吊車202接手移動至後續反應槽室內作業。

後處理設備包括：酸洗槽141、水洗槽142、超音波清洗槽143、水洗槽144、吹乾槽145、烘乾槽146。在後處理過程中，仍必須由人工自吊籃200內逐片取出電路板，放置設備中依序進行相關作業。

綜合以上所述，在上述三道加工流程中，如前處理、化學沉積和後處理皆必須使用大量清洗水及化學藥水，不僅費用高，且使用後廢水的收回再處理，又是一筆費用。另外過程中皆必須利用人力進行於吊籃中移出或移入電路板的作業，費時又費工。

另外在化學鎳金製程的前一道製程為綠漆（Solder Mask）製程。電路板在綠漆製程最後會有一道烘烤處理程序，溫度為攝氏180度，烘烤時間為50分鐘，烘烤處理完後電路板表面已嚴重氧化，且因生產時程安排的因素，電路板會暫時放置在一旁，時間可能長達數小時至一天，電路板表面因此加重氧化及被環境汙染，故電路板在進行化學鎳金製程時，會有刷磨、噴砂、微蝕、酸洗等程序以去除電路板表面的氧化層。再者，習用化學鎳金製程分為三道加工流程：前處理、化學鎳金沉積、後處理，在每道加工流程之間都會等待放置一段時間及人工搬運接觸的問題造成電路板表面氧化和汙染，故在化學鎳金沉積和後處理的加工流程，都會在加工流程前段加入微蝕或酸洗或超音波清洗等程序，目的都是在去除電路板表面的氧化層和汙染物。

為此本發明人思考改良的方法，將整組化學鎳金製程系統加以整合為單一系統，除了減少多道去除氧化層及汙染物的工序，且能進一步減少部份工序，藉此產生更大的效益。

本發明之主要目的係提供一種可以減少化學處理和清洗烘乾步驟的化學鎳金製程方法及系統，藉由將不同的工序及製程重新組合，減少製程的步驟，進而減少清洗水及各類化學藥劑的使用量，節省使用量相對減少支出成本，而且減少多道工序，對電力、人工、化學廢液及廢水處理的成本也產生了顯著地減少。

為實現前述目的，本發明採用了如下技術方案：

本發明為一種可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法，其步驟包括將電路板板逐片採用水平輸送方式進行：噴砂、水洗、超音波清洗、水洗、酸性清潔、水洗、多段式微蝕、水洗、預浸、活化、水洗、後酸浸、超音波清洗、水洗，其中多段式微蝕包括先經噴灑微蝕液、之後浸泡於噴湧的微蝕液中；之後翻轉電路板成垂直狀且採用逐片連續移動方式進行：化學沉積鎳、水洗、化學沉積金、回收水洗，之後再翻轉電路板逐片採用水平輸送方式進行：水洗、吹乾、烘乾等作業。

作為較佳優選實施方案之一，其中噴灑方式是以高壓方式噴灑微蝕液於電路板，之後電路板再浸泡於噴湧的微蝕液中，此方式是利用另一槽內噴出的微蝕液於槽內產生噴湧水流，讓水流均勻流至電路板表面或是孔內，以進行微蝕刻。

作為較佳優選實施方案之一，可於多段式微蝕、水洗步驟之後，可再增加一組前酸浸、水洗步驟。

再者，本發明為一種可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統，包括依序串聯並排的噴砂槽、第一水洗槽、超音波清洗槽、第二水洗槽、酸性清潔槽、第三水洗槽、多段微蝕槽、第四水洗槽、預浸槽、活化槽、第五水洗槽、後酸浸槽、超音波清洗槽、第六水洗槽、化學沉積鎳槽、第七水洗槽、化學沉積金槽、回收水洗槽、第八水洗槽、吹乾槽、烘乾槽。

作為較佳優選實施方案之一，化學沉積鎳槽與化學沉積金槽是使用一種逐片連續生產的化學沉積設備。

作為較佳優選實施方案之一，於第三水洗槽之後，再增加一組前酸浸槽、前酸浸用之水洗槽。

與現有技術相比，本發明具有下列具體的功效： 1. 本發明的設計能省去習用前處理中的刷磨、水洗、微蝕、水洗、酸洗、水洗、吹乾、烘乾及人工收集電路板等作業及工序，相對地省節包括化學藥水、清洗水、電力、人工、化學廢液及廢水處理等成本。 2. 本發明的設計也能節省習用後處理中的酸洗、超音波清洗等工序，相對地節省包括化學藥水、清洗水、電力、人工、化學廢液及廢水處理等成本。 3.本發明將原本前處理設備、化學沉積設備及後處理設備三個設備整合為單一個系統所取代，減少了多項設備的成本支出，也由於整合為單一系統，設備長度因而縮短，使所需廠房面積減少，也讓廠房的空間能更有效的運用。 4.本發明採用多段式微蝕，是利用噴灑、浸泡(含噴湧)的混合微蝕方式，達到所需去除銅表面及線路間氧化層的目的，且在化學沉積的鎳金製程中，也則能減少一次微蝕、水洗、前酸浸及水洗程序，大幅減少了化學藥水、清洗水、電力、人工、化學廢液及廢水處理等成本。 5.習用龍門吊籠式製程因須2道微蝕製程，每道微蝕都會將銅線路咬蝕（減薄），所以在前面的「電鍍銅」製程時，會刻意增加電鍍銅的厚度，以防微蝕之後的銅厚不足。本發明因僅須進行一道多段微蝕製程，咬蝕量約0.4~0.6微米(μm)，因此在前段的「電鍍銅」製程時，可以減少電鍍銅厚度，即減少銅的消耗和省電。 6. 本發明於後酸浸之後採用一道超音波清洗步驟，能徹底洗淨50微米以下細線路間殘留的鈀離子，避免後續化學沉鎳、化學金沉積時，出現”跳鍍”造成短路的品質問題，尤其是35微米以下的微細線路，本發明的方法能解決此傳統製程上品質不良率非常高的問題，提昇產品生產的良率。

下面將結合具體實施例和附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。本文所使用的所有技術和科學術語與屬於本發明技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述具體實施例的目的，不是旨在限制本發明。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

首先對製程中所使用的名詞作一簡單說明： 酸性清潔是利用有機酸或無機酸稍微清潔及徹底浸潤電路板的孔內。微蝕 (Micor-etching)：是由微蝕液去除電路板上或孔內銅面的氧化層。酸洗(Acid dip)：浸泡於稀硫酸液中以去除微蝕後所產生的水解結晶物。預浸( Pre-dip)：浸泡於反應液中，使銅面無氧化物存在。活化：在銅面置換一層鈀，以作為化學鎳反應之觸媒。化學沉積鎳：在銅面鍍上一層含鎳的合金，作為阻絕金與銅之間遷移 ( Migration ) 或擴散 ( Diffusion ) 的障蔽層。化學沉積金：於在銅面上的鎳面置換沉積出金層。

如圖2所示，為本發明可減少化學處理步驟的化學鎳金製程的流程圖。其步驟包括將電路板依序進行噴砂301、水洗302、超音波清洗303、水洗304、酸性清潔305、水洗306、多段式微蝕307、水洗308、預浸309、活化310、水洗311、後酸浸312、超音波清洗313、水洗314、化學沉積鎳315、水洗316、化學沉積金317、回收水洗318、水洗319、吹乾320、烘乾321等作業。其中多段微蝕307流程包括先經噴灑微蝕液、之後浸泡於噴湧的微蝕液中。

本發明的設計是經由上述流程，讓最初電路板經由一系列連貫的化學鎳金製程步驟，完成電路板的表面處理作業。為此，電路板須採逐片水平輸送方式進行噴砂301、水洗302、超音波清洗303、水洗304、酸性清潔305、水洗306、多道微蝕307、水洗308、預浸309、活化310、水洗311、後酸浸312、超音波清洗313、水洗314等步驟。其中噴砂301，是對電路板表面初步去除氧化層或雜質。超音波清洗303，是利用超音波震盪清洗殘留在線路間的殘砂。

另外本發明所採用的多段式微蝕307是指在2/3的區段先經噴灑微蝕液，之後1/3區段再浸泡於噴湧的微蝕液中。噴灑方式是以高壓方式噴灑微蝕液於電路板，以期有效去除線路間及銅表面的氧化物，此氧化物主要是因綠漆製程中最後一道烘烤處理程序，因溫度達攝氏180度，烘烤時間約50分鐘，會使烘烤處理完後電路板線路表面嚴重氧化，此噴灑微蝕液方式能有效去除嚴重的氧化物。之後電路板再浸泡於噴湧的微蝕液中，此方式是利用另一槽內噴出的微蝕液於槽內產生噴湧水流，水流能均勻流至電路板表面或是孔內，對孔內或線路間的死角位置有效去除氧化物，整體多段式微蝕的咬蝕量約0.4~0.6微米(μm)。

多段式微蝕307也是本發明針對此次製程所改良的創新設計，習用製程皆無此種方式，一般皆採用兩道分開的微蝕製程，前處理有1道、化學沉積鎳金有1道，每道微蝕都會將銅線路咬蝕（減薄），兩道微蝕量合計達0.8~1.2微米，如此就必須在前段的「電鍍銅」製程中，刻意增加電鍍銅的厚度，以防微蝕之後的銅厚不足。反觀本發明因採用連續式製程，僅須進行一道多段微蝕製程，咬蝕總量僅約0.4~0.6微米(μm)，因此在前段的「電鍍銅」製程時，可以減少電鍍銅厚度，即減少銅的消耗和省電。另外僅使用一道多段式微蝕307，能省去習用化學沉積鎳金的前一段微蝕製程，以及後續的酸洗及水洗步驟，又能減少化學藥水、清洗水、電力、人工、化學廢液及廢水處理等成本。

本發明於後酸浸312增加一道超音波清洗313步驟，此目的是在徹底洗淨50微米以下細線路間殘留的鈀離子，避免化學鎳、化學金沉積時，出現”跳鍍”造成短路的品質問題，尤其是針對35微米以下的微細線路，在傳統製程上的品質不良率是非常高的，本發明於後酸浸312後接著採用水平方式增加一道超音波清洗313，能有效去除殘留的鈀離子，進而解決傳統製程細線路容易出現跳鍍的品質問題。

接著，電路板將被翻轉為垂直狀且採用逐片連續移動方式進行：化學沉積鎳315、水洗316、化學沉積金317、回收水洗318等步驟。

之後再將電路板再翻轉為水平狀並採用水平輸送方式進行: 水洗319、吹乾320、烘乾321等步驟。

如圖3、圖4所示，為本發明可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統的側視圖及俯視圖。該系統包括依序串聯並排的噴砂槽401、第一水洗槽402、超音波清洗槽403、第二水洗槽404、酸性清潔槽405、第三水洗槽406、多段微蝕槽407、第四水洗槽408、預浸槽409、活化槽409、第五水洗槽411、後酸浸槽412、超音波清洗槽413、第六水洗槽414、化學沉積鎳槽415、第七水洗槽416、化學沉積金槽417、回收水洗槽418、第八水洗槽419、吹乾槽420、烘乾槽421。各槽皆設有相關輸送機構以將電路板呈水平或垂直狀送至各槽內進行處理。另外上述所列之水洗槽並非僅限單一槽體，可視清洗需要串聯1~5個，達到所需之潔淨度。

再者，噴砂槽401、第一水洗槽402、超音波清洗槽403、第二水洗槽404、酸性清潔槽405、第三水洗槽406、多段微蝕槽407、第四水洗槽408、預浸槽409、活化槽410、第五水洗槽411、後酸浸槽412、超音波清洗槽413、第六水洗槽414是本身於槽內設有水平輸送機構，以利電路板呈水平狀依序逐片進入各槽中進行相關的清洗、活化電路板表面等程序。之後電路板由水平翻轉為垂直狀且採逐片移動方式於各槽至進行沉積、清洗等作業。其中化學沉積鎳槽415、第七水洗槽416、化學沉積金槽417及回收水洗槽418可採用本發明人先前設計的逐片連續生產的化學沉積設備。之後再將電路板翻轉成水平狀，經第八水洗槽419、吹乾槽420、烘乾槽421內本身設置的水平輸送機構，呈水平狀依序進行水洗、吹乾、烘乾等作業。

在傳統PCB業界的化學鎳金沉積製程，因為設備能力及化學藥水特性而導致無法整合而獨立分開的三個製程，三個製程之間無法連結自動化，過去三、四十年來始終無人能攻克此難題。本發明利用連續性的加工流程，在上述每道化學處理後緊接的水洗，清洗電路板板面上的化學藥水，防止其藥水被帶入到後面的藥水槽內而汙染藥水，因此每當新製程節省了某一道化學處理工序時，其緊接在後的水洗也一併可以節省。為此本發明已大幅減少了化學藥水、清洗水、電力、人工、化學廢液及廢水處理等成本，進而讓生產更具市場競爭力的產品。

如圖5所示，為本發明可減少化學處理步驟的另一化學鎳金製程的流程圖。主要步驟仍與上述製程相同，例如其步驟包括將電路板依序進行噴砂301、水洗302、超音波清洗303、水洗304、酸性清潔305、水洗306、多段式微蝕307、水洗308、預浸309、活化310、水洗311、後酸浸312、超音波清洗313、水洗314、化學沉積鎳315、水洗316、化學沉積金317、回收水洗318、水洗319、吹乾320、烘乾321等作業。但在本實施例中，可於多段微蝕307、水洗308步驟之後，再增加一組前酸浸322、水洗323步驟。配合之後的預浸309、活化310、水洗311、後酸浸312、超音波清洗313、水洗314，更有效去除微蝕後經過浸泡水洗時，於孔壁或線路間死角位置產生微蝕的化學藥水的水解結晶物。

如圖6、圖7所示，為本發明可減少化學處理步驟的另一化學鎳金製程系統的側視圖及俯視圖。該系統包括依序串聯並排的噴砂槽401、第一水洗槽402、超音波清洗槽403、第二水洗槽404、酸性清潔槽405、第三水洗槽406、多段微蝕槽407、第四水洗槽408、預浸槽409、活化槽409、第五水洗槽411、後酸浸槽412、超音波清洗槽413、第六水洗槽414、化學沉積鎳槽415、第七水洗槽416、化學沉積金槽417、回收水洗槽418、第八水洗槽419、吹乾槽420、烘乾槽421。各槽皆設有相關輸送機構以將電路板呈水平或垂直狀送至各槽內進行處理。在本實施例中，是於多段微蝕407、第三水洗槽408之後，再增加一組前酸浸槽422、前酸浸用之水洗槽423。

由上述之說明可知，使用本發明化學鎳金製程，並不需分拆幾道不同的工序且於不同的設備中進行。單一電路板送入本發明之系統，依照本發明之製程步驟，即可利用化學鎳金製程完成電路板的表面處理，與習用相較，大幅減少多道流程及設備，如習用前處理中的刷磨、水洗、微蝕、水洗、酸洗、水洗、吹乾、烘乾，習用後處理中的酸洗、超音波清洗等，大量減少化學藥水及清洗水的使用量，讓廠商降低生產的成本，該成本包括化學藥水、清洗水、電力、人工、化學廢液及廢水處理等成本，進而讓生產更具市場競爭力的產品，而且本發明僅採用一道多段式蝕刻，就能節省酸洗、水洗的成本，又能減少前段鍍銅製程的厚度，減少銅的消耗和省電，符合專利之申請要件。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施例之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化及修飾，皆為本發明之專利範圍所涵蓋。

101:刷磨槽                                                102:水洗槽 103:噴砂槽                                               104:水洗槽 105:超音波清洗槽                                    106:微蝕槽 107:水洗槽                                                108:酸洗槽 109:水洗槽                                                110:吹乾槽 111:烘乾槽 121:清潔槽                                                 122:水洗槽 123:微蝕槽                                                124:水洗槽 125:前酸浸槽                                            126:水洗槽 127:預浸槽                                                128:活化槽 129:水洗槽                                                130:交換槽 131:後酸浸槽                                            132:水洗槽 133:化學沉積鎳槽                                    134:水洗槽 135:化學沉積金槽                                    136:水洗槽                                                 137:乾燥槽 141:酸洗槽                                                142:水洗槽 143:超音波清洗槽                                     144:水洗槽 145:吹乾槽                                                146:烘乾槽 200:吊籃                                                     201:第一移行吊車 202:第二移行吊車 301:噴砂                                                    302:水洗 303:超音波清洗　  　　　　　　　　　 304:水洗 305:酸性清潔                                               306:水洗 307:多段式微蝕                                          308:水洗                                                      309:預浸                                                     310:活化                                                 311:水洗                                                     312:後酸浸 313:超音波清洗                                            314:水洗 315:化學沉積鎳                                         316:水洗 317:化學沉積金                                         318:回收水洗 319:水洗                                                     320:吹乾 321:烘乾                                                      322:前酸浸 323:水洗 401:噴砂槽                                                 402:第一水洗槽 403:超音波清洗槽                                     404:第二水洗槽 405:酸性清潔槽                                         406:第三水洗槽 407:微蝕槽                                                 408:第四水洗槽 409:預浸槽                                                 410:活化槽 411:第五水洗槽                                         412:後酸浸槽                                              413:超音波清洗槽                                     414:第六水洗槽 415:化學沉積鎳槽                                      416:第七水洗槽 417:化學沉積金槽                                      418:回收水洗槽 419:第八水洗槽                                          420:吹乾槽 421:烘乾槽                                                  422:前酸浸槽 423:前酸浸用之水洗槽

圖1A為習用化學鎳金製程所採用的前處理設備的側視圖。

圖1B為習用化學鎳金製程所採用的化學沉積設備的側視圖。

圖1C為習用化學鎳金製程所採用的後處理設備的側視圖。

圖2為本發明可減少化學處理步驟的化學鎳金製程的流程圖。

圖3為本發明可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統的側視圖。

圖4為本發明可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統的俯視圖。

圖5為本發明可減少化學處理步驟的另一化學鎳金製程的流程圖。

圖6為本發明可減少化學處理步驟的另一化學鎳金製程系統的側視圖。

圖7為本發明可減少化學處理步驟的另一化學鎳金製程系統的俯視圖。

301:噴砂

302:水洗

303:超音波清洗

304:水洗

305:酸性清潔

306:水洗

307:多段式微蝕

308:水洗

309:預浸

310:活化

311:水洗

312:後酸浸

313:超音波清洗

314:水洗

315:化學沉積鎳

316:水洗

317:化學沉積金

318:回收水洗

319:水洗

320:吹乾

321:烘乾

Claims (6)

1. 一種可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法，其步驟包括：將電路板逐片採用水平輸送方式依序進行：噴砂、水洗、超音波清洗、水洗、酸性清潔、水洗、多段式微蝕、水洗、預浸、活化、水洗、後酸浸、超音波清洗、水洗，其中多段微蝕包括先經噴灑微蝕液、之後再浸泡於噴湧的微蝕液中；之後翻轉該電路板成垂直狀且採用逐片連續移動方式進行：化學沉積鎳、水洗、化學沉積金、回收水洗，之後再翻轉該電路板逐片採用水平輸送方式進行：水洗、吹乾、烘乾等作業。
2. 如請求項1所述之可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法，其中該噴灑方式是以高壓方式噴灑微蝕液於該電路板，之後電路板再浸泡於噴湧的微蝕液中，此方式是利用另一槽內噴出的微蝕液於槽內產生噴湧水流，讓水流均勻流至該電路板表面或是孔內，以進行微蝕刻。
3. 如請求項1所述之可減少化學處理步驟的化學鎳金製程方法，於該多段式微蝕、該水洗步驟之後，再增加一組前酸浸、水洗步驟。
4. 一種可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統，包括依序串聯並排的噴砂槽、第一水洗槽、超音波清洗槽、第二水洗槽、酸性清潔槽、第三水洗槽、多段式微蝕槽、第四水洗槽、預浸槽、活化槽、第五水洗槽、後酸浸槽、超音波清洗槽、第六水洗槽、化學沉積鎳槽、第七水洗槽、化學沉積金槽、回收水洗槽、第八水洗槽、吹乾槽、烘乾槽。
5. 如請求項4所述之可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統，該化學沉積鎳槽與該化學沉積金槽是使用一種逐片連續生產的化學沉積設備。
6. 如請求項4所述之可減少化學處理步驟的化學鎳金製程系統，於該第三水洗槽之後，再增加一組前酸浸槽、前酸浸用之水洗槽。

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