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二:
磨板原理及作用:
1)磨板的作用:
除去板面的氧化,油污,手指印,及其它污物,在板面上
形成微观粗糙表面。
同时利用靡板机的超音波水洗及高压水洗冲洗孔内起到清洁孔壁,减少孔内披锋的作用。
2)磨板的操纵:
A:
磨辘的选择:
磨辘按磨料粒度的大小不同,依照磨料粒度的目数区分为不同号数的磨辘。
·
沉铜粗磨一样选择180-320#刷
外层干菲林精磨一样选择320-600#刷子
磨辘主体是尼龙丝,磨料有:
Sic、AI2O3
B:
磨辘的安装:
板
要求:
·
磨辘的转动方向应与磨辘上标识方向一致。
磨辘与钢辘的接触点应其它运输保持在一条不平线上。
安装磨辘人员应戴手套,幸免油污污染磨板机。
磨辘安装完成之后清洁磨板机。
磨辘安装完成应作磨痕测试,检查钢辘与磨辘是否水平。
C:
磨痕测试
目的:
磨痕测试结果能够直截了当反映磨板机工作情形,依照磨痕测试的结果能够分析到:
钢辘与磨辘是否平行
磨辘是否到使用寿命
功率表数据是否有太大偏差
幸免磨板过度或磨板不良
D:
用水喷淋磨辘作用?
。
洗去磨辘上的铜粉
冷却潮湿磨辘,防止尼龙丝过热而熔化。
要求:
喷淋角度在板与磨辘之间45O处。
E:
磨板后板面质量检查
目检板面是否有氧化、水迹、污物.板面清洁度。
水膜测试:
测试方法:
取板面清洁处理后的板,用水
浸湿板面并垂直放置,用秒表测量水腊膜破裂的时刻
〔水磨测试一样在精磨时采纳处。
板面粗糙度:
经板磨板后的板面粗糙程度(2.0µ
m左右).行业界人员定义
一些参数衡量粗糙度如Ra;
表面取样长度内基准线上所有距离绝对值的算术平均值;
一样0.2-0.4µ
m.Rt;
表面取样长度内最高峰顶和最低谷度之间的距离1.5-3.0µ
m一样用目视法估量,较少用科学仪器检测。
粗糙度由:
磨刷材料,磨料粒度,磨板时的功率等共同决定。
F:
阻碍磨板质量的要紧因素
磨辘型号及材料
磨轮转速。
线速度相对稳固,大约12m/Sec,转速与磨辘的直径有关,
125mm直径转速一样在1800-2000min-1。
输送速度
功率或磨痕
磨辘、钢辘及运输轮的水平。
摇摆(3-10mm)摇摆能够减少板面粗糙度的方向性改善板面质量,延
长磨辘的使用寿命。
三:
各药水缸的作用:
沉铜线具体可分为两段,除胶渣段〔包括了膨胀.除胶.中和〕及沉铜段〔包括了条件.微蚀.预浸.活化.促化.沉铜〕。
1.除胶段作用:
因为印制板在钻孔时产生瞬时高温,而环氧玻璃基材为不良热良体,在钻孔时热量高度积存,孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度,结果造成环氧树脂沿孔壁表面流淌,产生一层溥的环氧树脂油污〔EpoxySmear〕.假如多层板钻孔之后,不进行除胶将此部分物质处理洁净将会造成多层板内层信号线连接不通,或连接不可靠。
膨胀的作用:
膨胀剂是一种有机溶剂它的要紧作用是膨松附在孔壁内的环氧树脂,起到一种溶胀作用,增大此部分的面积为下一步更好除胶做预备。
除胶的作用:
目前线路板去除环氧弄脏的方法分湿法和干法〔不介绍〕两种,本公司采纳的是湿法〝第II〝种其中湿法包括:
IH2SO4-HF处理法:
第一用浓硫酸浸渍处理30秒-1分钟。
使环氧基和SO4-2反应,产生溶于水的黄褐色环氧磺化物,从而除去孔壁上的环氧弄脏层。
然后再用HF水溶液蚀刻露出来的玻璃纤维,使之得到光滑的孔壁表面;
以利于化学镀铜。
II高锰酸钾氧化法:
第一将多层板浸在有机溶液中,使环氧树脂溶胀,然后再用加热至500C-700C的高锰酸钾氧化液除去溶胀的环氧权树脂,然而在水洗
时高锰酸根会分解形成二氧化锰沉积在板面上,造成二次污染,为此在高锰酸钾处理后还需要还原处理,整体工艺比较复杂。
中和作用:
去除沉积在板面上二氧化锰及残留在板面上的高锰酸钾溶液同时中和缸还加入了另外一种除玻璃剂叫氢氟酸〔NH4HF2〕〕起去除玻璃纤维作用。
条件作用:
条件剂也称除油剂.整孔剂等它的要紧作用是由于经H2SO4处理环氧树脂之后,在线路板孔壁上残存有强负电性的磺酸根基团,因为胶体钯活化剂是负电性的电核基团,磺酸根将阻碍胶体钯活化剂在孔壁上的吸附从而阻碍化学沉铜。
通过条件缸后环氧树脂表面上淀积用阳离子表面活性剂进行调整处理,对磺酸根的环氧表面有强的中和能力,例负电性的表面变成带有正电性,从而顺利的吸附胶体钯活化剂,得到平均的化学镀铜层。
微蚀作用:
弱腐蚀又称粗化处理,其作用是利用微蚀剂从铜基体表面上蚀刻掉20-50U〝的铜,从而得到一个化学清洁的粗糙表面,使化学镀铜层和
底铜结合良好,保证以后图形电镀不分层,以往粗化处理是采纳过硫酸盐或酸性氯化铜水溶液进行粗化处理,本公司采纳的是NAPS及H2SO4来处理。
微蚀速率:
操纵在30U〝-60〝/分。
预浸原理:
要紧起到爱护活化缸的作用,通过粗化处理的印制板带有专门多水,假如直截了当浸入胶体钯活化液进行活化处理,会造成大量清水进入胶体钯活化液中,促使胶体活化液PH发生变化,造成胶体钯活化液过早聚沉,因此在活化之前先在含有Sn+2离子的酸性溶液中进行预浸处理,然后不经水洗直截了当浸入胶体钯活化液中进行活化处理。
G:
活化原理:
是在绝缘基体上吸附一层非连续的重金属颗粒,这些重金属具有吸附还原剂的能力,使通过活化的基体表面具有催化还原金属的能力,从而使化学镀铜反应在整个催化处理过的基体表面上顺利进行。
使塑料基体表面具有活化性能的方法可分为两种,一种是分步活化法,另一种是胶体钯活化法〔本公司采纳是后者〕。
1〕胶体钯活化液反应机理
胶体钯活化液的活性和稳固性取决于A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值,以及溶液的配制方法。
Sn2+离子和Pd2+离子浓度比为2:
1时,所得到的活化液活化性能最好。
这是由于不同浓度的Sn+2/Pd+2比,所产生的化学反应不同。
当A组液中Sn2+/Pd2+比值为2:
1时,Sn+2和Pd+2在溶液中反应形成不稳固的络合物。
Pd2++2Sn2+〔PdSn〕2+
〔PdSn〕2+Pd0+Sn4++Sn2+
在300C条件下〔PdSn〕2+络合物离子歧化反应12分钟,大约有90%以上的络合物离子被还原成金属钯,它们出现是极其细小的金属颗粒分散在溶液中,假如现在加入过量的Sn2+和CL-,那么这些细小的钯核表面上专门快吸附大量的Sn2+离
子和CL-离子,形成带负电性的胶体化合物Pd〔SnCL3〕n-。
这些胶体化合物
悬浮在水溶液中。
因为它们差不多上带负电的胶团,在水溶液中互相碰撞呈布朗运动状态,因而可不能聚沉。
印制板活化处理之后在水洗时由于SnCL2水解形成碱式锡酸盐沉淀。
SnCL2+H2Sn(OH)Cl+HCL
在SnCL2沉淀的同时,连同Pd0核一起沉积在被活化的基体表面上。
胶体钯的活化性和稳固性除了A液中的Sn+2/Pd+2比之外还和配制过程专门有关。
假如在300C条件下歧化反应时刻太短,〔PdSn2〕2+络合物分解不充分,现在就加入B液,由于B液中存在大量的CL-和Sn+2,赶忙和没有完成歧化反应的〔PdSn2〕2+络合物产生反应形成另一种新的专门稳固的〔PdSn6〕+10络合物.此络合物为草绿色,它专门稳固,不能还原出金属钯,因此过早加入B液所配制的活化液没有活化性。
然而A液中Sn+1和Pd2+离子的混合物时刻也不能过长,否那么形成的钯核集合过大,如此的胶体钯尽管活化性能好,但溶液的稳固性太差,胶体颗粒太大易于沉淀。
H:
促化原理:
也称加速处理,它的要紧作用是经加速处理活化之后在基体表面上吸附的是以金属钯为核心的胶团,在钯核的周围包围着碱式锡酸盐化合物。
在化学镀铜之前应除去一部分,以使钯核完全露出来中,增强胶体钯的活性,称这一处理为加速处理。
加速处理不但提高了胶体钯的活化性能,而且去除了余外的碱式锡酸盐化合物,从而显著提高了化学镀铜层与基体间的结合强度。
加速处理的实质是使碱式锡酸盐化合物重新溶解。
加速加理液能够用酸性处理液也能够用碱性处理液,如用5%NaOH水溶液或1%氟硼酸水溶液,处理1-2分钟。
然后水洗,能够进行化学镀铜。
I:
沉铜的原理:
∙铜盐:
要紧用CuSO4.5H2O举荐含量5-15g/l.
∙络合剂:
最常用的络合剂有酒石酸钾钠,EDTA.2Na,NN'
NN'
四羟丙基乙二胺。
∙还原剂:
尽管文献报导了专门多还原剂,但真正能用于生产实际的只有甲醛最理想。
这要紧是甲醛具有优良的还原性能,能够有选择性的在活化过的基体表面自催化沉积铜。
∙PH值调剂剂:
甲醛在强碱条件下才具有还原性,为此必须在溶液中加入适量的碱,最常用的是NaOH.
∙添加剂:
添加剂的作用是稳固化学镀铜液不产生自然分解,加外能够改善化学镀铜层物理性能,改变化学镀铜速率。
操作条件:
温度450C-500C;
PH:
12.5-12.8;
空气搅拌,连续过滤。
此溶液稳固性好,铜层外观及机械性能好,溶液能够连续补加调整,溶液使用温低,沉积速率高。
3.2化学镀铜反应机理
化学镀铜时,Cu2+离子得到电子还原成金属铜
Cu2++2eCu.-①
电镀时,电子是由电镀电源提供的,而在化学镀铜时,电子是由还原剂甲醛所提供。
2H-C=o-H+4OH-2H-C=o-0-+2H2+2e----②
在化学镀铜过程中反应①和反应②为共扼反应。
两反应同时进行,甲醛放出的电子直截了当给Cu2+,整个得失电子的过程是在短路状下进行的。
外部看不出交换电流的流通。
结合反应①和②能够得到反应③
Cu2++2CH2O+4OH-Pdo/cuCU+2-C=-o-o-+2H2O+2H2--③
反应式③说明化学镀铜反应必须个备以下差不多条件:
1)化学镀铜液为强碱性,甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程度,即溶液的PH值。
2〕在强碱条件下,要保证Cu2+离子不形成,Cu(OH)2沉淀,必须加入足够的
Cu2+离子结合剂(由于络合剂在化学镀铜反应中不消耗,因此反应③式中省略了络合剂。
)。
3〕从反应能够看出,每沉积1M的铜要消耗2M甲醛,4M氢氧化钠。
要保持化学镀铜速率恒定,和化学镀铜层的质量,必须及时补加相应的消耗部分。
4〕只有在催化剂〔Pd或Cu〕存在的条件下才能沉积出金属铜,新沉积出的铜本身确实是一种催化剂,因此在活化处理过的表面,一旦发生化学镀铜反应,此反应能够连续在新生的铜面上连续进行。
利用这一特性能够沉积出任意厚度的铜,加成法制造印制板的关键就在于此。
加有甲醛的化学镀铜液,不管使用与否,总是存在以下两个副反应,由于副反应的存在使化学镀铜液产生自然分解。
1)Cu20的形成反应
2Cu2+H-C=o-H+5OH-=Cu20+H-C=o-O-+3H2O
反应④所形成的Cu20在强碱条件下形成溶于碱的Cu+,存在下面的可逆反应。
Cu20+H20—2Cu++20H-—⑤
在化学镀铜液中反应式④所形成的Cu20数量是极其少的,远小于Cu+和0H-反应的溶度积,因此在碱性条件下存在可逆反应⑤,在溶液中一旦两个Cu+离子相碰在一起,便产生反应式⑥所列的歧化反应。
2Cu+—Cu+Cu+2—⑥
反应式⑥所形成的铜,是分子量级的铜粉,分散在溶液中,这些小的铜颗粒都具有催化性,在这些小颗粒表面上便开始了反应式〔3〕所描述的化学镀铜反应。
假如溶液中存在着专门多如此的铜颗粒,整个化学镀铜溶液会产生沸腾式的化学镀铜反应,导致溶液迅速分解
2)甲醛和NaHO之间的化学反应,称为康尼查罗反应(Cannizzaro)
2H-C=o-H+NaOH=H=C=o-oNa+CH3-OH--⑦
化学镀铜液中一旦加入甲醛,反应式⑦便开始了,不管化学镀铜液处于使用状态,依旧静止状态,上述反应一直在进行着,依照分析,每存放24小时大约要消耗1-1.5g/l的甲醛,关于放置不用的化学镀铜液,几天之后因歧化
反应,大部分甲醛会变成甲醇和甲酸。
与此同时NaOH也会大量消耗,使溶液PH变低。
因此放置不用的化学镀铜溶液重新起用时,必须重新调整PH值,,并补加足够的甲醛。
专门要注意的是假如PH已调到合科乎要求的工艺状态,而甲醛的含量不足,小于3ml/l时,会加速Cu20的形成反应,促使化学镀铜液快速分解。
3.3化学镀铜溶液的稳固性
化学镀铜溶液在使用过程中以及存放期间,都会发生自然分解,这是长期以来困扰化学镀铜扩大应用的难题之一。
据长期的探究研究,已差不多搞清了化学镀铜液的分解缘故。
并找到了稳固化学镀铜液的措施。
1〕在化学镀铜液中加入适量的稳固剂,并采纳空气搅拌溶液。
所加入的稳固剂多数是含S和N的有机化合物,如CN-,aa'
联呲啶,硫脲等。
这些添加剂对
溶液中的一价铜离子有强的络合能力而对Cu2+离子没有络合能力。
因此它们能有选择性的捕捉溶液中的一价铜离子,使一价铜离子氧化电位变低,不能产生歧化反应,设有机添加剂代号为L,它们和Cu+离子产生络合反应
Cu++L—CuL
由于产生的络合离子在溶液中存在可逆反应。
通入氧气到溶液中时,一价铜离子被氧化为二价铜2Cu++2[0]—>
Cu2++02.游离出来的络合剂重新又去捕
捉其它的Cu2+离子。
2〕严格操纵化学镀铜液的操作温度,关于不同的化学镀铜溶液都有一个最高承诺使用温度,假如化学镀铜反应温度超过此临介温度极限,那么Cu2O的形成反应加剧,造成化学镀铜液快速分解。
3〕严格操纵化学镀铜液的PH值,假如PH高于规定值,同样Cu2O副反应加剧。
4〕连续过滤化学镀铜液,一样是采纳粒度为5μ的过滤器,将溶液中已生成的铜颗粒及时除去。
5〕在化学镀铜液中加入高分子化合物,掩蔽新生的铜颗粒,使之失去活化能力。
许多含有羟基,醚氧基的高分子化合物都易于吸附在金属表面上,从而使新生的铜颗粒失去了催化性能,最常用的高分子化合物有聚乙二醇,聚乙二醇硫醚等。
一样用量为0.01g/l.
3.4化学镀铜的沉积速率
3.4.1化学镀铜的沉积速率通常用微米/小时〔μ/hr〕来表示,它能够用增重法测试:
沉积速速率〔μ/hr〕=化学镀铜增重〔g〕x11.2x60/沉积总面积〔DM2〕X化学镀铜时刻此公式表达不出阻碍积速率的因素。
化学镀的过程是电子交换的过程,即还原剂放出电子,氧化剂Cu2+离子得到电子被还原成金属铜,事实上质是一个电沉积过程,因此化学镀铜的沉积量遵守法拉第电解定律,即电解时电极上析出的金属量与通过电量成正比。
M=K·
Q=K·
I·
T
K:
金属物质的电化当量,电解时通过一库伦的电量,或1安培·
小时的电量,在电极上所析出的物质重量:
单位:
毫克/库伦,或克/安培·
小时。
Q:
电解时通过的电解库伦
I:
电解时通过的电流强度,安培
T:
电解时刻,小时
M:
析出的金属重量,g
Cu+2+2e=Cu0的电化当量,K=1.186克/安培·
将上公式变换一下就能够求出在给定条件下的化学镀铜速率:
U〔μ/hr〕=K·
Idp/rx100
铜的电化当量1.186g/A.Hr
Idp:
沉积铜的电流密度A/DM2
R:
金属的比重,铜的比重8.92g/cm3
明显化学镀铜的沉积速率,只取决于化学反应时的交换电流大小,因此只要明白化学镀铜时的反应电流,就能够明白化学镀铜的沉积速率,研究阻碍沉积电流大小的种种因素,就能明白或找到提高化学镀铜速率的手段。
3.4.2阻碍化学镀铜速率的因素。
①铜离子Cu2+浓度的阻碍:
化学镀铜速率随着镀液中Cu2+离子浓度增加加快,当硫酸铜含量为10g/l以下时,几乎是成正比例增加,当硫酸铜含量超过12g/l以后化学镀铜速率不再增加。
②络合剂:
络合剂的浓度对沉积速率几乎没有阻碍,只要保证使铜离子在强碱条件下不产生氢氧化铜沉淀就能够。
络合剂的浓度一样操纵在相当于铜离子克分子浓度的1-1.5倍为宜。
阻碍化学镀铜速率最关键的因素是络合剂的化学结构。
有专门多种络合剂能够用于化学镀铜,由于这些络合剂的化学结构不同对化学镀铜速率阻碍专门大,下面表6-3列出四种不同类型的络合剂对化学镀铜速率
的阻碍。
表6-3络合剂类型对化学镀铜速率的阻碍
络合剂名称
混合电位Emix
沉积电流idp
沉积速度
洒石酸钾钠
610mV
0.075A/DM2
0.997μ/hr
EDTA.2Na
650mV
0.1A/DM2
1.4μ/hr
一四羟丙基乙二胺
680mV
0.36A/DM2
4.7μ/hr
苯基乙二胺四乙酸
685mV
0.54A/DM2
7.17μ/hr
③还原剂浓度的阻碍
甲醛在碱性条件下的还原电位及浓度含量的关系,随着甲醛在镀液中含量的增加甲醛的还原电位升高,当甲醛的浓度高于8ml/l时还原电位上升开始缓慢,当甲醛浓度低于3ml/l时化学镀铜速率降低,同时副反应加剧,在实际
应用中,甲醛的浓度操纵在4-6ml/l为宜。
具体不同药水供应商配方略有不同。
④PH阻碍
化学镀铜反应在一定的PH条件下才能产生,由于不同的络合剂对铜的络合常数不同,而且络合常数随溶液的PH而变化,铜离子的氧化电位也有所差别,这种差别造成了化学镀铜反应所需要的PH值也不同。
例如用EDTA2Na作络合
剂的最正确化学镀铜反应所需的PH值为12.5而用酒石酸盐作络合剂最正确化学镀铜反应所需的PH值为12.8,当化学镀铜液的PH值低于规定值0.1PH单位时,化学镀铜反应尽管能进行,但金属化孔的镀层存在有砂眼,或局部大面积范畴沉积不上铜,当溶液PH值过高时会产生粗糙的化学镀铜层,而且溶液会快速分解。
11PH值对化学镀铜速率的阻碍
能够看出化学镀铜反应在PH值为11以上时才开始产生,随着PH值增加化学镀铜速率加快,在PH为12.5时沉积速率最快,而且化学镀铜层外观最好。
当溶液的PH值超过12.5以后,随着PH值增加沉积速率开始下降,同时溶液副反应加剧,溶液自身分解反应加剧。
⑤添加剂
加入添加剂最初的目的是为了稳固化学镀铜液,后来发觉在镀液中加入含有双键的有机化合物时会使化学镀铜速率加快。
是含有呲啶化学镀铜液沉积速率加快的情形。
能够看出不含添加剂的化学镀铜液在PH12.3时沉积速率最高,而加入添加剂以后在PH12.5时沉积速率最高,但后者沉积速率比不加添加剂要高得多。
其缘故是加入添加剂以后改变了活化剂表面双电子层结构,在碱性条件下甲醛被活化,以甲叉二醇的型式存在溶液中,在200C条件下平稳常数K=10-4.
⑥温度
提高化学镀铜液的温度能够提高化学镀铜速率。
关于某种类型的化学镀铜液都有一个固定的极限温度,当超过使用温度极限时,化学镀铜液副反应加剧,造成化学镀铜液快速分解,必须在最正确温度条件下操作才能得到性能良好的化学镀铜层。
⑦溶液搅拌
化学镀铜过程中快速猛烈的搅拌能提高沉积速率,经试验随着电极转速增加沉积电流加大。
生产中采纳连续过滤,工件移动,或者电磁振动,空气搅拌溶液,这些措施一方面起稳固溶液作用,同时提高了沉积速率.
化学镀铜层质量的操纵
印制板化学镀铜层的质量指标要紧是铜层的电导率,抗张强度和延伸率。
为了得到高质量快速化学镀铜的配方,人们进行了大量的研究,最近美国PCK公司报导已研究出沉积速率高达6μ/hr的化学镀铜液,表6-4是该公司公布的高速化学镀铜液所沉积出的铜层物理特性。
表6-4高速化学镀铜液沉积出的铜层物理特性
性能指标
新型的溶液
传统的溶液
铜层纯度
99.93%
99.86%
比重
8.8g/cm3
伸长率%
8-12
3-5
抗张强度
50-60Kpsi
30-36Kpsi
电导率
0.57MΩ/cm
化学镀铜层的最正确特性专门大程度上与所使用的试剂纯度有关。
高纯度无杂质污染的化学镀铜液易于得到优良的化学镀铜层。
对连续使用的化学镀铜液,由于印制板的浸入,空气灰雾等污物的污染,会使化学镀铜层质量下降。
有一种叫超电位测试方法伏安测试法〔Voltammetry〕.用此方法能够监测有害杂质对化学镀铜液所引起的潜在污染。
五:
坏点图片
图1:
与内层铜环离层图2:
胶渣过多
图3:
除胶过度图4:
孔壁离层
图5:
锡薄引起孔开图6:
PTH孔开
图7:
板料问题引起孔开图8:
DF膜碎引起孔开
图9:
塞孔图10:
磨板过度
图11:
线路离层图12:
孔边披锋
六:
常见坏点分析及处理
序号
坏点
缘故分析
解决方法
1
背光不合格
1、缸温不正常
2、药水浓度不正常
3、缸液受污染
4、板材问题,如TG偏低
1、测量各缸温度,及时调整,至正常
2、分析铜缸及前处理缸药水浓度,对有偏差调整至正常
3、对受污染缸进行换缸处理
4、测量除胶速率,依照测试结果调整除胶及膨胀缸温
2
孔开
1、振荡弱及振荡不足
2、循环量不够,孔壁内润湿不平均
3、沉积速率低,沉铜层偏薄
4、缸中液位不足。
板子外出
5、挂具不当,引起叠板
6、活化程度不够
1、修理振荡器,加大进气压
2、更换大功率的循环泵,提高循环量
3、适当升高铜缸温度,提高沉积速率
4、及时检查,保持液位正常
5、改善挂具,加强操作
6、检查活化浓度、温度是否不够。
3
离层
1、孔内胶渣过多
2、板料问题
3、除胶速率偏低,或除胶过度
4、除胶缸中副产物太多
1、改变钻孔参数,减少胶渣
2、采纳不同板料试验,对比成效
3、依照不同板料TG,试验不同除胶条件
4、改善再生系统,必要时换新缸液。
4
铜缸不稳固
1、铜缸浓度太高
2、负载不当
4、铜缸温度过高
1、适当排去部分缸液降低浓度并加稳固剂
2、不宜超过槽液最大负载密度通常为
370CM2/L。
3、检查是否有板掉入缸中,及加大水洗,定期清洗挂架清除钯元素
4、检查冷却系统是否正常
5
塞孔、披
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