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        77G汽車?yán)走_(dá)板電鍍可靠性研究及改善

        2019-06-06 02:06:44段倫永趙德甫桑光志
        印制電路信息 2019年5期
        關(guān)鍵詞:盲孔電鍍孔徑

        段倫永 趙德甫 桑光志

        (江西志浩電子科技有限公司,江西 贛州 341799)

        (深圳市五株科技股份有限公司,廣東 深圳 518101)

        0 前言

        據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2016~2022年中國毫米波雷達(dá)行業(yè)市場供需預(yù)測及投資戰(zhàn)略研究報告》顯示,至2020年,預(yù)計全球車載毫米波雷達(dá)出貨量可達(dá)7200萬顆。按國ADAS(汽車自動駕駛輔助系統(tǒng))在2020年達(dá)到30%估算,每套ADAS需要4個短距毫米波雷達(dá)+1個長距毫米波雷達(dá)(77 GHz),則我國出貨量可達(dá)4500萬顆,市場規(guī)模將超200億。

        77 GHz雷達(dá)波是主動安全和自動駕駛領(lǐng)域最重要的傳感器,關(guān)系到駕駛員的生命安全,因此77 GHz雷達(dá)板的可靠性問題就顯得尤為重要,目前板料主要是ROGERS的高頻材料,77 GHz雷達(dá)板有一個顯著的特征是高縱橫比的控深鉆機械孔,盲孔孔徑一般為300 μm、350 μm、400 μm、500 μm,縱橫比(AR)一般為1∶1,最小銅厚要求為25.4 μm。當(dāng)AR為1:1時傳統(tǒng)龍門直流/脈沖電鍍均會遇到很大技術(shù)瓶頸,而孔內(nèi)無銅和銅薄會直接影響到板的可靠性問題,本文主要是從電鍍方法予以研究以改善其缺陷。

        典型的孔內(nèi)無銅切片前后圖片如下兩種類型(圖1、圖2)。

        圖1 部分底部黑孔(左表面、右剖面)

        圖2 全部底部黑孔(左表面、右剖面)

        本文主要研究了振動強度的強弱對控深機械盲孔孔內(nèi)無銅和銅薄的改善,直流電鍍和脈沖電鍍對機械盲孔電鍍能力的對比研究,及新工藝預(yù)填孔電鍍對機械盲孔孔內(nèi)無銅和銅薄的改善三個層面做了研究。

        1 飛巴振動強度對孔內(nèi)銅薄和孔內(nèi)無銅影響

        飛巴振動對孔內(nèi)無銅改善,主要針對直流圖形電鍍,通過更換大功率的振動器,增強整個飛巴的振動強度,通過測試板研究對機械盲孔孔內(nèi)無銅和銅薄的改善,設(shè)計板如圖3。

        在每個單元內(nèi)對應(yīng)設(shè)計了不同鉆孔孔徑(250 μm和500 μm),每種孔徑設(shè)計了三種不同的縱橫比(1∶1,1.2∶1和1.4∶1),對應(yīng)每個區(qū)域的詳細(xì)設(shè)計如表1。

        圖3 測試板設(shè)計

        振動分兩組測試,一組是振動器更改前時的測試,另一組是改為大功率的振動器后的測試,為保證其他因素的影響,測試定在同一個電鍍銅缸內(nèi)。改動前后測試飛把兩側(cè)和中間的振動強度數(shù)據(jù)如下:更換前飛巴兩側(cè)28.1 mm/s,飛巴中間23.3 mm/s;更換后飛巴兩側(cè)49.9 mm/s,飛巴中間44.0 mm/s。測試完成后,取對應(yīng)位置切片,用顯微鏡測量最小銅厚數(shù)據(jù)如圖4、圖5。

        振動較小時電鍍最小銅厚很難做到25.4 μm,機械盲孔底部局部位置最小銅厚只有5 μm左右,并且都發(fā)生在盲孔底部一側(cè)的位置,圖形電鍍銅并未鍍上,按照缺陷的形狀及切片的圖片,初步斷定是在電鍍銅缸時氣泡在盲孔底部。由于縱橫比大,盲孔深度深,振動很小時氣泡很難排出,造成電鍍不上問題,通過更換大功率振動器,可以很好的改善此缺陷率。一旦出現(xiàn)此問題,在鍍錫前盲孔底部形成口袋孔,鍍錫時氣泡更難以排出,鍍錫不良導(dǎo)致在蝕刻時不能很好的保護(hù)鍍銅層,從而造成盲孔底部局部位置孔內(nèi)無銅。通過此測試證實通過調(diào)整振動強度的大小,可以很好地改善盲孔底部銅厚和孔內(nèi)無銅問題。

        表1 測試板不同條件

        圖4 孔徑250 μm振動更改前后最小銅厚

        圖5 孔徑500 μm振動更改前后最小銅厚

        圖6 孔徑250 μm,1:1振動更改

        2 脈沖和直流電鍍對機械控深鉆孔內(nèi)銅厚和孔內(nèi)無銅的影響

        脈沖電鍍對機械盲孔比直流電鍍更具有優(yōu)勢,試驗設(shè)計三種不同的鉆孔孔徑,分別是300 μm,300 μm,500 μm,每種鉆孔孔徑分別鉆兩種不同深度的控深鉆孔,縱橫比分別為1∶1和1.1∶1,設(shè)計方案如圖7。

        測試板排列設(shè)計如圖8,橫向第一排單元設(shè)計為300 μm的控深鉆孔,第二排為400 μm的控深鉆孔,第三排為500 μm的控深鉆孔;豎向第一第二排為1∶1縱橫比設(shè)計,第三第四排為1.1∶1縱橫比設(shè)計。

        測試完成后AOI檢查黑孔,統(tǒng)計每塊板直流電鍍和脈沖電鍍?nèi)毕輸?shù),直流電鍍和脈沖電鍍各做一個飛把,數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖9。

        通過以上AOI測試缺點點數(shù)可以看出直流電鍍?nèi)毕輸?shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于脈沖電鍍,當(dāng)縱橫比由1∶1增加到1.1∶1時直流電鍍不良數(shù)量激增,脈沖電鍍并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷。切片(見圖10)。

        圖7 不同電鍍的試驗方案

        圖8 測試板排列設(shè)計

        圖9 不同電鍍條件下的缺陷數(shù)

        圖10 孔徑400 μm(左直流電鍍、右脈沖電鍍)

        這與脈沖電鍍特性有關(guān)系,脈沖電鍍可以通過調(diào)整正反向電流比及正反向時間比增強深鍍的能力。另外脈沖電鍍設(shè)計是底部頂噴,可以增加盲孔底部藥水交換和有助于氣泡排出,從而有效改善盲孔底部銅厚問題和孔內(nèi)無銅問題。因此,采用脈沖電鍍方法可以進(jìn)一步改善銅厚及孔內(nèi)無銅的缺陷,而后期實際大批量生產(chǎn)過程中,脈沖電鍍整體缺陷比例確實比直流電鍍下降了很多,但是還是有少量板有孔內(nèi)無銅問題,缺陷集中在盲孔底部一側(cè)。

        3 垂直連續(xù)銅填孔電鍍工藝

        垂直連續(xù)銅填孔電鍍,主要應(yīng)用在HDI產(chǎn)品,激光孔徑一般較小,在7.5~10 μm之間,銅填孔工藝和普通電鍍相反,可以在盲孔底部拐角位置有更好的電鍍效果,另外表面電鍍銅厚較薄。采用垂直連續(xù)銅填孔電鍍方法,對大的控深鉆孔(孔徑300 μm、400 μm、500 μm)做預(yù)填孔或叫半填孔,這樣可以容易的把盲孔電鍍銅厚鍍夠。垂直連續(xù)電鍍采用板雙邊噴流的方式,可以有效的驅(qū)趕盲孔內(nèi)氣泡,也促進(jìn)盲孔底部的藥水交換。測試采用0.86 A/dm×100 min,電鍍后切片如圖11。

        圖11 垂直連續(xù)電鍍半填孔切片

        圖9為半填孔后切片圖片,此工藝可以很好的解決龍門線脈沖電鍍和普通直流電鍍?nèi)秉c,龍門電鍍線在盲孔底部和拐角處的電鍍效果很差,是電鍍銅厚最薄的區(qū)域,也是最容易產(chǎn)生孔內(nèi)無銅的區(qū)域,而填孔工藝正好可以彌補這個缺點,在盲孔底部和拐角處電鍍的銅厚是最厚的區(qū)域,這與銅填孔的電鍍原理是相符合的。另外垂直連續(xù)電鍍是板兩側(cè)側(cè)噴設(shè)計,藥水以較大壓力經(jīng)噴嘴直接噴在板面上盲孔內(nèi),這更有利于盲孔內(nèi)的氣泡排出及盲孔內(nèi)部藥水交換,最大限度避免了由于盲孔底部藏氣泡造成的孔內(nèi)無銅缺陷。

        4 總結(jié)

        隨著汽車業(yè)新的革命,駕駛安全,主動駕駛會迎來井噴發(fā)展,77 GHz雷達(dá)波是此領(lǐng)域最重要的傳感器,關(guān)系到駕駛員的生命安全,因此77 GHz雷達(dá)板的可靠性問題就顯得尤為重要,本文主要從電鍍可靠性方面入手,從電鍍飛巴振動強度提升,脈沖電鍍的應(yīng)用及半銅填孔新工藝的開發(fā)來改善77 GHz雷達(dá)板高縱橫比控深機械盲孔銅薄和孔內(nèi)無銅問題,通過實驗證實,提高電鍍飛巴的振動強度可以顯著的改善銅薄和孔內(nèi)無銅問題,脈沖電鍍相比普通直流電鍍對控深機械盲孔有更好表面,而半填孔可以從根本上解決銅薄和孔內(nèi)無銅的缺陷,極大的提升電鍍的可靠性,掃清了由電鍍引起的77 GHz可靠性問題。

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