陳世金 黃雨新 羅 旭

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514021）

1 前言

隨著PCB技術(shù)的不斷發(fā)展，我司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了較大的變化，主要體現(xiàn)在越來越多的75μm/75μm線路等級產(chǎn)品的導(dǎo)入。大家知道：目前在行業(yè)內(nèi)大批量生產(chǎn)75μm/75μm線的PCB廠一般是采用VCP和水平電鍍線等先進的生產(chǎn)設(shè)備，最主要的原因是龍門式電鍍線的鍍銅均勻性不能滿足工藝要求，合格率都很低。有部分PCB廠采用調(diào)頭電鍍（即分兩次調(diào)換夾點電鍍）的方式在龍門式電鍍線上來生產(chǎn)75μm/75μm線路等級的產(chǎn)品，這樣的方式使合格率得到一定的提升，但是效率相對低下，而且制程的穩(wěn)定性很難維持。因此，對龍門式電鍍線均勻性的改善和研究就顯得十分必要和迫切了。

2 工藝原理概述及均勻性現(xiàn)狀

2.1 電鍍原理與電場線的分布

首先我們來了解一下電鍍的基本原理。簡單來說，電鍍指借助外界直流電的作用，在溶液中進行電解反應(yīng)，使導(dǎo)電體（例如金屬）的表面沉積一層金屬或合金。具體參見圖1所示：

圖1 電鍍基本原理示意圖

1833年法拉第發(fā)現(xiàn)電能與化學(xué)變化之間的定量關(guān)系，即法拉第第一定律W＝kIt(k-比例常數(shù)，I-電流強度，t-通電時間）。溶液之導(dǎo)電也受歐姆定律約束I＝V/R ，R＝I/K .L/q（I為電流，V為電壓，R為電阻，K為單位導(dǎo)電度，L為導(dǎo)體長度，q為截面積）。因此只要與電阻有關(guān)的介質(zhì)（溶液和金屬）都將影響到電解金屬的析出，實際情況涉及到均勻性分布的情況當(dāng)然是要復(fù)雜的多。電鍍時電場線的分布一般有三種情況：正負極等寬、正極較寬和負極較寬。（參見圖2）由于電場線的分布直接影響鍍層的均勻性，要得到均勻的鍍層就必須使加在板件上的電場線分布均勻。而影響電場線分布的因素就有很多了，如陽極的長度、多少、大小和排列距離，陰陽極電流的輸出偏差、左右分布和各接觸點的導(dǎo)電狀況，以及飛巴、夾具、鞍座、噴管、噴嘴、循環(huán)泵、藥水濃度等諸多因素均有關(guān)系。

2.2 均勻性現(xiàn)狀

2.2.1 我司鍍銅均勻性提升要求

我司目前鍍銅整體均勻性較差，R值（極差）平均在13μm以上，COV平均在10%以上，與我司控制目標(biāo)相差較大 （我司的目標(biāo)為：R值≤8μm，cov≤10%），而隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變（75μm/75μm線的產(chǎn)品增多），對我司電鍍均勻性提出了更高的要求。

我們先隨機選取一個銅缸的一個飛巴測試其均勻性，具體可參見表1的數(shù)據(jù)：

另外，我們對板電線9#銅缸的鍍銅均勻性也進行了隨機測試（參見圖3），發(fā)現(xiàn)跟16#銅缸存在一些共同的特點，即銅厚偏厚區(qū)域集中在飛巴的兩邊。而飛巴的上部和底部均無一定的規(guī)律性，有的會出現(xiàn)底部偏厚，有的也會出現(xiàn)上部偏厚，還有的出現(xiàn)中間偏厚，因此整體均勻性是較差的。

2.2.2 3 mil/3 mil線產(chǎn)品對電鍍均勻性的要求

這個均勻性要求一般是根據(jù)后工序（蝕刻）的工藝制作能力和工程補償?shù)葪l件來定的，我司DES線的蝕刻因子和3 mil類線寬的補償決定了我們75μm/75μm線的板子銅厚最大值為33μm，極差≤8μm，只有滿足這兩個條件才能保證這類板子的制作順利，顯然這個要求較我們之前的鍍銅均勻性要嚴(yán)格的多。因此，我們必須對目前板電線的鍍銅均勻性進行改善，才能滿足75μm/75μm線產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。

3 均勻性影響因素分析與改善對策

3.1 影響鍍銅均勻性的因素

我們在前面就已經(jīng)知道：只要對電場線有關(guān)聯(lián)的部分均會對電鍍均勻性產(chǎn)生影響，只要抓住會對電場線產(chǎn)生變化的因素進行排查和分析，消除（或盡量減少）對其產(chǎn)生的影響就會使電鍍均勻性得到改善。而只有清楚影響電鍍均勻性的影響因素，才能有針對性的制定改善措施并嚴(yán)格實施。下面我們就通過魚骨圖來分析一下影響電鍍均勻性的因素（參見圖4）。

（6）搖擺、過濾等周邊設(shè)備的運行情況；

（7）員工的操作和電鍍參數(shù)的設(shè)定。

從鍍銅均勻性影響因素的魚骨圖上來看，設(shè)備和操作等方面對鍍銅的整體均勻性影響最為密切，因此后續(xù)我們將進行有針對的進行改善。而龍門式垂直電鍍線由于本身存在上下電流分布的差異相對較大的問題，加上電流“邊緣效應(yīng)”的影響，其鍍

通過排查影響電場線分布的因素，我們發(fā)現(xiàn)以下情況均會對電鍍均勻性產(chǎn)生一定的影響：

（1）陽極鈦籃的長短、形狀、個數(shù)、擺放位置和排列，以及銅陽極的消耗情況等；

（2）噴管、噴嘴的形狀、數(shù)量、排列和噴流量大小，機器損壞、阻塞情況等；

（3）陽極幕布和陰極浮槽的設(shè)計形狀、高度和運行情況；

（4）整流器的電流輸出偏差、左右分布情況，以及飛巴、鞍座、火牛線接觸點導(dǎo)電是否良好；

（5）電鍍藥水含量以及定期的工藝維護（如倒缸、碳處理等）；銅均勻性一般是不及VCP的，和水平電鍍線的差異則就更大了。

3.2 均勻性改善措施

通過對板電線各個銅缸的均勻性測試數(shù)據(jù)進行分析，我們制定了一系列有針對性的改善措施，主要有以下方面：

3.2.1 調(diào)整陽極鈦籃，檢查陽極袋

由于之前陽極鈦籃的擺放比較混亂，現(xiàn)重新將銅缸所有的陽極鈦籃進行位置調(diào)整，按照“3+8+7+8+3”的排列方式擺放，具體可參見圖5：

通過對陽極鈦籃進行重新擺放，可以有效改善部分銅缸兩邊板子出現(xiàn)偏厚或偏薄的問題，減少部分銅缸由于“邊緣效應(yīng)”引起的鍍銅不均問題。同時檢查陽極袋的破損情況，并及時更換，以達到改善電場線分布均勻的目的。參見圖6：

圖6 更換破損陽極袋

3.2.2 統(tǒng)一浮槽規(guī)格

由于發(fā)現(xiàn)偏厚的部分除了集中在飛巴兩邊外，底部一排區(qū)域（離板邊約10 cm處）也出現(xiàn)“發(fā)白”問題，此區(qū)域銅厚明顯偏薄。所以我們對各銅缸的浮槽規(guī)格進行了統(tǒng)一，通過測試均勻性再選取以打孔4排的規(guī)格為樣板，對其它不一致的浮槽進行改造或重新制作。參見圖7：

圖7 浮槽打孔有兩種設(shè)計規(guī)格

我們除了對浮槽的打孔排數(shù)進行了要求外，對打孔的孔徑也做了相應(yīng)的技術(shù)界定，后續(xù)通過幾次改造使其最終符合我們的設(shè)計要求。如此同時出現(xiàn)了一個新的問題，就是陽極浮槽的兩端固定點易出現(xiàn)損壞和偏移現(xiàn)象，因為這直接關(guān)系到這一飛巴板子整體均勻性，極有可能出現(xiàn)很大的銅厚差異，造成嚴(yán)重的鍍銅不均問題。后來通過佳輝供應(yīng)商對陰極浮槽兩端加裝了導(dǎo)向滑槽，使其能順利的下滑至缸體的底部，而不會出現(xiàn)偏移“中央”位置。

3.2.3 噴管兩邊加裝PP（聚丙烯）保護擋條

噴嘴的脫落問題其實是影響鍍銅均勻性的一個十分重要的因素，我們對所有銅缸內(nèi)的噴管、噴嘴等進行了排查，發(fā)現(xiàn)損壞、脫落情況嚴(yán)重，然后對其及時進行了修復(fù)和增補，同時為防止噴嘴脫落（主要是板子彎曲會碰撞噴嘴），我們要求佳輝供應(yīng)商對噴管增加了“防撞”擋條，此擋條起到保護噴嘴不被碰掉的作用。參見圖8：

圖8 噴管兩邊加裝PP防撞擋條

3.2.4 調(diào)整電流輸出偏差

之前，我們板電線的銅缸整流器有兩種接線方式，且均存在較大的輸出偏差。后來我們對整流器輸出電流偏差較大的進行校正或更換，部分整流器由“整體打電流”改為“分面次打電流”，增加了14臺整流器，從而改善電流輸出不均勻（飛巴一端電流很大，一端電流很?。┖洼敵銎钇蟮膯栴}。我們可以通過表2和表3來進行對比：

整改前9#～13#缸的電流輸出偏差絕大部分均超過5%以上的偏差，尤其是個別通過同一飛巴的左右兩端偏差超過30%，嚴(yán)重影響電流分布的均勻性。雖然清洗鞍座、飛巴和更換部分火牛線有一定的改善，但最終通過增加14臺整流器和更換部分火牛線使問題得到了解決。

3.2.5 進行設(shè)備、工藝等維護

由于銅缸藥水使用過久，存在藥水老化（光劑副產(chǎn)物及外界污染）和部分周邊設(shè)備損壞等現(xiàn)象，于是我們將銅缸陽極鈦籃底部的陽極泥清除、除去細小顆粒銅渣等，同時鍍銅藥水進行碳處理除去有機污染及固體雜質(zhì)，以提高藥水清色度、保持藥水的鮮活性。對部分損壞的陽極幕布進行修復(fù)或調(diào)整，調(diào)整陽極幕布上下及左右擋板的位置、高度等，活動擋板起到改善四周鍍銅偏厚的情況，有效減少“邊緣效應(yīng)”產(chǎn)生的影響，從而達到改善局部鍍銅偏厚的問題。參見圖9：

表2 板電線調(diào)整整流器前電流測量數(shù)據(jù)記錄

表3 板電線調(diào)整整流器后電流測量數(shù)據(jù)記錄

圖9 調(diào)整陽極幕布四周的活動擋板

3.2.6 規(guī)范員工操作

對員工的操作進行培訓(xùn)并制成規(guī)范化文件，對藥液分析、管控及日常維護加強監(jiān)督，防止出現(xiàn)人為操作引起的鍍銅不均問題。這些規(guī)定主要是為了防止出現(xiàn)彎板和減少“邊緣效應(yīng)”的影響，主要包括有：

（1）上板及電鍍邊條的使用規(guī)定（如板子與板子須靠攏、板條的長寬度規(guī)定等，參見圖10）；

（2）每3～5天須添加銅球和電解，同時檢查銅球“架空”現(xiàn)象；

（3）每架板入缸時檢查是否插偏、彎板和浮槽卡死等問題；

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（4）規(guī)定各類長度板子的掛板方式及不同板子的生產(chǎn)線別界定；

（5）每周清洗鞍座、飛巴及各接觸點，保證導(dǎo)電性良好；

（6）每班檢查銅缸液位，按照工藝要求及時做出調(diào)整；

（7）定期做好藥水分析、光劑流量檢測及Hull Cell（霍爾槽）實驗等，確保藥水含量正常。

4 改善效果

通過對上述措施的落實，我取得了較好的改善效果，這主要從均勻性數(shù)據(jù)（如cov和R值等）和后工序鍍銅不均引起的蝕刻不凈等方面來體現(xiàn)：

4.1 均勻性數(shù)據(jù)

首先我們看一下調(diào)整陽極及噴嘴增補后的數(shù)據(jù)，我們選取9#銅缸進行了數(shù)據(jù)對比。參見表4：

從數(shù)據(jù)上可以看出同一個銅缸同一個飛巴的cov值有7.84%減小至5.47%，整個飛巴R值由14.8μm減小至9.4μm。同時，我們用相同方法對每個銅缸的鍍銅均勻性做了對比，數(shù)據(jù)均顯示改善后優(yōu)于改善前。下面我們看一下每個銅缸改善前后的部分?jǐn)?shù)據(jù)，參見表5：

從改善的數(shù)據(jù)上來看，改善后絕大多數(shù)銅缸的鍍銅均勻性均較之前要好，R值基本能控制在8μm以內(nèi)，可以滿足我司當(dāng)前75μm/75μm線路等級產(chǎn)品的制作要求。從而證明我們的措施對改善鍍銅均勻性起到了較好的推動作用，改善效果顯著。

4.1 后工序因鍍銅不均引起的蝕刻不凈問題

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表6 AOI因鍍銅不均引起的蝕刻不凈報廢數(shù)據(jù)

后工序（如酸蝕、AOI等）反饋的由于鍍銅不均引起的蝕刻不凈問題，也是反饋我們改善效果的又一個指標(biāo)。我們從2010年9月份至2011年2月份這幾個月時間里一直在進行鍍銅均勻性改善，對改善后的3～8月份因鍍銅不均引起的蝕刻不凈作了一個統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)由該問題引起的報廢已經(jīng)大大減少（改善前的報廢率平均在0.38%）。具體請參見表6和圖11：

5 結(jié)論

（1）均勻性改善后使我司板電線鍍銅整體均勻性得到了大幅提升，也提升了產(chǎn)品合格率，同時對產(chǎn)能影響較小。（2）通過對龍門式電鍍線進行均勻性改善，可以滿足一次性制作75μm/75μm線路等級產(chǎn)品的鍍銅均勻性要求，生產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)符合我司控制標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)然，電鍍均勻性改善是一個長期的過程，需要不斷的堅持，而效果也是在不斷的驗證中的，同時改善成果需要我們進行長期的維護和鞏固。后續(xù)我們可能將面臨行業(yè)內(nèi)更大的挑戰(zhàn)，所以我們將會以更科學(xué)、更完善、更積極的心態(tài)投入到鍍銅均勻性提升工作中去，以滿足我公司不斷向前發(fā)展的技術(shù)需求。

[1]任傳雄. 荏原優(yōu)吉萊特貿(mào)易有限公司, 硫酸銅電鍍理論介紹.

[2]張賀威, 周振鐸. 佳輝工業(yè)國際有限公司, 電鍍均勻性說明.