胡忠華，宋 亮，曹佳松

（深南電路股份有限公司，深圳 518117）

0 引言

PCB電鍍品質(zhì)直接影響電子器件的裝配效果，高精密產(chǎn)品尤為關(guān)注此項(xiàng)參數(shù)[1]。目前產(chǎn)線人員從電流密度等方面考慮，得出藥水經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，但由于電鍍實(shí)際工況較為復(fù)雜，人工對(duì)電鍍參數(shù)進(jìn)行控制存在許多變動(dòng)因素，穩(wěn)定性較差。

圖1 電鍍銅原理

從圖1中可知，電鍍液主要由硫酸銅、硫酸、氯離子和添加劑組成。其中硫酸銅、硫酸和氯離子的電化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，而添加劑在使用的過程中由于電化學(xué)作用會(huì)產(chǎn)生對(duì)電鍍穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響的雜質(zhì)TOC（總有機(jī)碳），根據(jù)正交試驗(yàn)可知，添加劑的穩(wěn)定性是影響電鍍品質(zhì)的最主要因素之一[2]。

孔銅質(zhì)量是PCB電鍍品質(zhì)的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，而TP（深鍍能力）又是衡量孔銅質(zhì)量的重要指標(biāo)，從而對(duì)TP數(shù)據(jù)的處理分析可以快速得出電鍍品質(zhì)的好壞[3]。

本文通過長期的跟蹤記錄，結(jié)合電鍍工藝監(jiān)控記錄中的海量數(shù)據(jù)，對(duì)高厚徑比PCB板的深鍍能力進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出深鍍能力在TOC值持續(xù)上升影響下的變化規(guī)律，從而依據(jù)大數(shù)據(jù)分析并建立電流密度補(bǔ)償模型計(jì)算出電流密度補(bǔ)償系數(shù)；進(jìn)行試驗(yàn)仿真，監(jiān)控使用動(dòng)態(tài)配方下的電鍍合格率，驗(yàn)證本方法的準(zhǔn)確性和有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于大數(shù)據(jù)分析的方法能夠有效地對(duì)電鍍配方參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高PCB板件的電鍍穩(wěn)定性和合格率。

1 VCP電鍍藥水可靠性分析

目前南通工廠使用的電鍍藥水TOC（總有機(jī)碳）值升高較快，監(jiān)控電鍍藥水TOC值并分析電鍍后板件的可靠性能。以VCP2#線為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)試項(xiàng)目為：

1）每半個(gè)月測(cè)試藥水TOC值，同時(shí)記錄時(shí)間節(jié)點(diǎn)電量值；

2）固定用厚徑比為8:1的萬孔板測(cè)試其深鍍能力。

VCP2#線藥水TOC值與深鍍能力關(guān)系如下：

表1 VCP2#線TOC值與深鍍能力關(guān)系表

續(xù)（表1）

VCP2#線深鍍能力隨TOC值升高的變化曲線如圖2所示。

圖2 VCP2#線深鍍能力隨電量變化曲線

從圖2可以看出隨著TOC值升高，藥水的深鍍能力隨之下降。

2 基于大數(shù)據(jù)處理的電流密度預(yù)測(cè)方法

大數(shù)據(jù)技術(shù)，就是通過對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，挖掘其中隱藏的規(guī)律，而電鍍監(jiān)控記錄的海量數(shù)據(jù)為利用大數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)電流密度預(yù)測(cè)提供了可能[4]。

2.1 數(shù)據(jù)的收集與初步整理

目前，南通工廠的的電鍍配方邏輯如圖3所示。

圖3 未進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償時(shí)的電鍍配方邏輯圖

如果以圖中邏輯進(jìn)行電鍍配方的設(shè)置，只能得到一個(gè)理想狀態(tài)下的配方值。隨著產(chǎn)線的持續(xù)作業(yè)，TOC值不斷上升，若不進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整就會(huì)使PCB板（尤其是高厚徑比PCB板）的電鍍品質(zhì)變得極不穩(wěn)定[5]。

收集過程物理室所有的電鍍工藝監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中各變量進(jìn)行重要性分析，結(jié)果表明，影響電鍍品質(zhì)的主要因素包括藥水使用時(shí)間、線體差別、厚徑比等參數(shù)。以VCP2#線為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，收集這條線中藥水一個(gè)生命周期內(nèi)的厚徑比與深鍍能力數(shù)據(jù)，主要對(duì)高厚徑比的PCB板進(jìn)行研究與分析。

2.2 數(shù)據(jù)細(xì)化分析

將VCP2#線的電鍍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)篩選出來后，主要影響電鍍深鍍能力的就為時(shí)間變化與板子的厚徑比，繼續(xù)篩選出電鍍藥水一個(gè)生命周期（3月1日至7月底）的時(shí)間跨度中，高厚徑比PCB板的電鍍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。以設(shè)備每周保養(yǎng)時(shí)間為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)出其每周的深鍍能力平均值和板件合格率，生成深鍍能力在藥水一個(gè)生命周期內(nèi)總變化的折線圖，并擬合出回歸曲線。

表2 3月～7月深鍍能力及板件合格率統(tǒng)計(jì)表

深鍍能力隨時(shí)間變化折線圖及其回歸曲線：

圖4 深鍍能力隨時(shí)間變化曲線

由折線圖可見，隨著使用時(shí)間的增長，高厚徑板的深鍍能力隨之下降，最終在70%左右波動(dòng)，極不穩(wěn)定，板件的合格率較差。

2.3 模型建立和測(cè)試

通常情況下，以大數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的電鍍配方參數(shù)預(yù)測(cè)可以采用線性或非線性回歸的建模算法，探究TOC值與電流密度之間隱藏的回歸函數(shù)關(guān)系。但由于電鍍液TOC值測(cè)量過程較為繁瑣，考慮到時(shí)效性，使用基于時(shí)間序列的建模算法[6]。根據(jù)已建立的電流密度在電鍍藥水生命周期中某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)相對(duì)于深鍍能力的函數(shù)關(guān)系模型，對(duì)未來對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的電流密度值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

根據(jù)法拉第電解定律、電化當(dāng)量和電流效率公式聯(lián)立可得：

將其中各參數(shù)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行推導(dǎo)，可得藥水經(jīng)驗(yàn)公式：

其中：h理論銅厚：為客戶要求的鍍銅厚度；v線速：為電鍍板在垂直連續(xù)缸體內(nèi)的行進(jìn)速度；ρ電流：理論得電鍍電流密度值；TP：深鍍能力值；

綜上，電流密度ρ電流與深鍍能力TP之間的將維持一個(gè)確定的函數(shù)關(guān)系，其乘積為定值：

設(shè)電鍍藥水生命周期中初始時(shí)間的基準(zhǔn)電鍍深鍍能力為TP0，使用的電鍍配方基準(zhǔn)電流密度值為ρ0，那么，在經(jīng)過某一段時(shí)間后，由于TOC值的上升，電鍍深鍍能力變?yōu)門Pn，電流密度值變?yōu)棣裯，故：

可推倒出電流密度補(bǔ)償系數(shù)k：

設(shè)定一個(gè)初始電流密度值作為對(duì)照值，統(tǒng)計(jì)出該補(bǔ)償系數(shù)在每一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的變化比例，即可求得后續(xù)對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的電流密度值：

通過上一節(jié)內(nèi)容的3月～7月底的深鍍能力大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值，將第1周的深鍍能力數(shù)據(jù)作為初始對(duì)照值，統(tǒng)計(jì)出該補(bǔ)償系數(shù)對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的變化表：

表3 電流密度補(bǔ)償系數(shù)K跟隨時(shí)間節(jié)點(diǎn)變化表

表4 配方動(dòng)態(tài)補(bǔ)償下板件合格率提升表

生成電流密度補(bǔ)償系數(shù)k跟隨時(shí)間節(jié)點(diǎn)的變化折線圖如圖5所示。

圖5 電流密度補(bǔ)償系數(shù)k隨時(shí)間節(jié)點(diǎn)變化圖

顯然，從圖中可以看出，隨著時(shí)間的增長，電流密度補(bǔ)償系數(shù)k最終穩(wěn)定在1.15左右。

然而由于電流極化曲線的存在，在使用補(bǔ)償系數(shù)對(duì)電流密度進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，需注意電流密度是否達(dá)到其限值32.5A·dm-2，否則只能降線速以保證電鍍的質(zhì)量[7]。

綜上，總結(jié)出高孔徑比PCB板經(jīng)過動(dòng)態(tài)配方補(bǔ)償?shù)碾婂冞壿?，流程圖如下：

圖6 使用動(dòng)態(tài)配方補(bǔ)償?shù)母呖讖奖入婂兣浞竭壿嬃鞒虉D

可見，將動(dòng)態(tài)配方補(bǔ)償加入到原有的電鍍邏輯中時(shí)，可以對(duì)原有的電鍍邏輯進(jìn)行很好的完善，對(duì)電鍍穩(wěn)定性和合格率的提高提供了強(qiáng)有力的保障。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

電鍍2#線8月15號(hào)更換新的電鍍藥水，使用本文的VCP配方動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法加入到電鍍配方的新參數(shù)計(jì)算中。搜集2#線從10月27～11月15中高孔徑比PCB板的電鍍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并在該時(shí)間段對(duì)某些大孔徑比板件使用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而對(duì)比在使用電流密度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償時(shí)板件合格率是否有所提升，以探究本模型的準(zhǔn)確性。

由表4可見，在增加電鍍配方動(dòng)態(tài)補(bǔ)償時(shí)，深鍍能力相對(duì)于之前有著明顯的提高，板件合格率也有著明顯的增長，雖然測(cè)試數(shù)據(jù)量較小，但也足以說明本文基于大數(shù)據(jù)的VCP配方動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是準(zhǔn)確和有效的。

后續(xù)可以繼續(xù)對(duì)不同線體的電流密度補(bǔ)償系數(shù)k進(jìn)行計(jì)算和總結(jié)，并進(jìn)行大量的試驗(yàn)仿真進(jìn)行驗(yàn)證，最終配置到VCP配方項(xiàng)中進(jìn)行使用。

4 結(jié)語

本文針對(duì)于電鍍板件合格率隨著電鍍藥水可靠性下降而降低的情況，基于大數(shù)據(jù)分析的方法，采集過程物理室海量的電鍍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，使用基于時(shí)間序列的建模算法，對(duì)電流密度值進(jìn)行預(yù)測(cè)，改進(jìn)現(xiàn)有的電鍍配方參數(shù)求取邏輯。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證可知，本文的VCP配方動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法可以顯著的提高VCP板件的電鍍穩(wěn)定性和合格率，為公司節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。