宋偉偉 章紅春

（無錫深南電路有限公司，江蘇 無錫 214142）

0 前言

隨著通信技術的不斷升級，特別是5G通訊技術的發(fā)展，PCB板高厚徑比（＞14:1），高密集BGA（球柵陣列）孔的產(chǎn)品的量越來越多。這類型的產(chǎn)品不僅有很高的厚徑比，還有著極高線路的精度要求，以滿足5G信號的傳輸要求。這些硬性指標在PCB產(chǎn)品上表現(xiàn)為密集孔孔銅的高要求，產(chǎn)品阻抗精度的高要求。傳統(tǒng)的直流電鍍顯然不能滿足這一類型的產(chǎn)品，而脈沖電鍍工藝則可以很好地解決這類問題。相對普通直流電鍍而言，脈沖電鍍工藝能夠加工高厚徑比產(chǎn)品，然而隨著產(chǎn)品要求的變化，特別是PCB孔密度高的BGA區(qū)域，常規(guī)脈沖波形的加工能力顯得力有不逮。主要表現(xiàn)為密集BGA區(qū)域孔銅厚度不足，BGA區(qū)域面銅與大銅皮區(qū)域極差大等缺陷。

傳統(tǒng)PCB的制作方案通常會加大電流密度和延長電鍍時間，采用增加產(chǎn)品的鍍銅厚度來滿足產(chǎn)品孔銅厚度，但是由于線路和阻抗要求的精度非常高（±8%），增加鍍銅厚度顯然無法滿足線路和阻抗。很多公司使用先鍍銅，再減面銅的方法來加工，不僅導致產(chǎn)品制造流程長、成本高，還給產(chǎn)品的長期可靠性帶來了風險。為了解決密集BGA的孔銅厚度不足的缺陷，提高產(chǎn)品可靠性和市場競爭力，本文采用了一種新的組合波形，在高厚徑比密集BGA的孔銅深鍍能力方面進行測試研究。

1 試驗

設備/儀器：龍門脈沖電鍍線、顯微鏡。

本次試驗是在我司龍門脈沖電鍍線完成的，掛板方式（如圖1），板件之間沒有間隙。板厚4.2 mm，最小孔0.25 mm，板內(nèi)設計Pitch 1mm的50×50矩陣BGA；驗證板為同一規(guī)格，在同一組銅槽中進行試驗，驗證方案（如圖1、表1、表2）。

2 結果與討論

2.1 試驗結果

不同波形深鍍能力數(shù)據(jù)（見表2、如圖3）。

從上述結果可知：

（1）組合波形與傳統(tǒng)波形相比，使用組合波形時，脈沖電鍍的深鍍能力更好，達到66.89%。

（2）組合波形的結構對脈沖電鍍的深鍍能力有影響。

圖1 驗證板掛板方式

表1 脈沖電鍍深度能力試驗參數(shù)

圖2 脈沖電鍍深度能力波形試驗方案

表2 不同波形時脈沖電鍍深鍍能力數(shù)據(jù)

圖3 不同波形時脈沖電鍍深鍍能力數(shù)據(jù)

2.2 結果與討論

2.2.1 傳統(tǒng)波形和組合波形的深鍍能力對比

對比四組波形的深度能力和孔銅數(shù)據(jù)，組合波形在密集BGA的電鍍能力方面有著明顯的優(yōu)勢。從理論上分析，電鍍過程中陽極Cu2+經(jīng)過液相遷移傳質(zhì)、水合陽離子轉化、電荷傳遞和電結晶四個基本過程[1]，其中液相遷移傳質(zhì)和前置轉化兩個過程決定著進入雙電層的Cu2+的量，要得到良好的深鍍能力就必須提高陰極表面雙電層（圖4）內(nèi)的Cu2+濃度。傳統(tǒng)波形中，只有在反向脈沖時，陰極表面的添加劑發(fā)生脫附，Cu2+擴散到陰極附近，正向脈沖時在添加劑的作用下進入孔內(nèi)，形成鍍層。組合波形中除了反向脈沖的作用之外，還會出現(xiàn)一段停頓，在這段停頓時間中，Cu2+擴散到陰極附近，正向脈沖時，在添加劑的作用下進入孔內(nèi)，形成鍍層。正是由于組合波形中，停頓和反向時間的雙重作用，Cu2+利用反向脈沖和停頓時間，遷移到鍍件表面（如圖4），使陰極表面的金屬離子的量得到了補充，正向脈沖時在光劑的作用下，使金屬離子能夠更多的遷移到孔內(nèi)，孔內(nèi)的銅離子越多，孔銅厚度就越厚，深鍍能力越好。

圖4 電解池金屬離子擴散示意圖

圖5 電解池金屬離子擴散示意圖

2.2.2 不同組合波形的深鍍能力對比

三組組合波形，其中組合波形B和組合波形C的深鍍能力最好，組合波形D的深度能力與波形B和C相比，組合波形D的深鍍能力較差。脈沖電鍍的深鍍能力主要是由電鍍銅量及反蝕量決定的，電鍍銅量及反蝕量是由脈沖正反向的實際電量決定的，在生產(chǎn)過程中，電量是由正反向時間決定的，在正向時間一定的前提下，實際的反向時間越長，那么深鍍能力也就越高[2]。從實際的電鍍過程中，用示波器測得電流的實際波形（如圖6、圖7）。

圖6 實測脈沖波形圖

圖7 脈沖波形等效圖

從圖6來看，電流從正向穩(wěn)態(tài)至反向穩(wěn)態(tài)的過程是一個逐漸變化的過程，同樣從反向穩(wěn)態(tài)至正向穩(wěn)態(tài)也是如此。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是由兩個方面的因素引起的：（1）電源、電纜線及電鍍設備等存在的電感；（2）電源及電鍍體系中電極——溶液界面存在的電容。這兩個因素在正反向電流相互轉換的過程中，起到了緩沖作用，從而延緩了正反向穩(wěn)態(tài)之間的更迭變換，為了能夠快速的說明問題，對圖6的波形取等效圖形用于計算，假設波形簡化為如圖7所示。

對于波形B，實際的有效反向時間=2×（5ms－tab－tcd），由幾何關系可知tab=tcd，那么上式可以寫為：

實際的有效反向時間：

=2(5ms－tab－tcd)=10 ms－4tab，

對于波形C，實際的有效反向時間：

=2×[2×(2ms－tab－tcd)+1ms－tab－tcd]

=2×(4ms－4tab+1ms－2tab)

=10ms－12tab

同理，對于波形D，實際的有效反向時間：

=2×[5×(1ms－tab－tcd)]

=2×(5ms－10tab)

=10ms－20tab

由上述的有效反向時間對比可以看出，組合波形B＞組合波形C＞組合波形D。從前面脈沖電鍍深鍍能力的分析中可知，反向有效時間越長，深鍍能力越好，因此，組合波形深鍍能力：組合波形B＞組合波形C＞組合波形D。

3 結論

（1）在高厚徑比的產(chǎn)品中，組合波形的深鍍能力比傳統(tǒng)脈沖波形高。

（2）組合波形中的停頓時間，給Cu2+提供了更多的擴散時間，使得陰極表面Cu2+能夠得到更快的補充，提升脈沖電鍍的深鍍能力。

（3）組合波形中的有效反向時間對深鍍能力有貢獻，實際反向時間越長，深鍍能力越高。