錢國祥 姚曉建 黃公松 張羅文

（廣州美維電子有限公司，廣東 廣州 510535）

0 引言

近年來，印制電路板（printed circuit board，PCB）正朝著細線路、輕薄化方向高速發(fā)展，線路精密度要求越來越高，對銅厚均勻性提出了更高的要求。當(dāng)鍍銅銅厚不均勻、銅厚極差超過蝕刻能力時，會造成線路局部蝕刻不凈或蝕刻過度，甚至同一塊板上兩種缺陷同時存在。對比某公司兩款板的芯板層及第一次增層（積層）蝕刻不凈情況，發(fā)現(xiàn)芯板層蝕刻不凈不良率是第一個增層的一倍。因此，必須通過分析改善芯板層鍍銅均勻性來解決蝕刻不凈不良率偏高的問題。

目前，常規(guī)的均勻性測試規(guī)定了測試板的尺寸、測量點等，測試板厚一般約為0.3 mm。對芯板專線來說其均勻性不夠準(zhǔn)確，與實際生產(chǎn)的板子不一致。本文將采用板厚0.05 mm 的芯板進行均勻性測試，該板厚與公司主要量產(chǎn)板芯板層的厚度一致。

1 原因分析

1.1 問題主要表現(xiàn)形式

同一產(chǎn)線，同一時間測試0.05 mm 芯板和0.3 mm 厚板均勻性，其結(jié)果見表1。由表1 可知，在相同條件下，芯板的極差均勻性均比厚板的級差均勻性約差一倍。

表1 0.05 mm芯板與0.3 mm厚板均勻性結(jié)果

利用銅厚數(shù)據(jù)做縱向銅厚均值分布如圖1、圖2 所示。由圖1 可知，芯板均勻性存在夾點第2 列測量點，上板面（TOP）偏薄，下板面（BOT）偏厚的情況，而厚板則無該異常情況，芯板均勻性差主要是由該區(qū)域異常導(dǎo)致的。

圖1 0.05 mm芯板與0.3 mm厚板銅厚等值線

圖2 0.05 mm芯板與0.3 mm厚板縱向銅厚均值

1.2 各因子對芯板均勻性的影響

電鍍銅厚不均的原因主要有來料銅厚局部異常、拉開板間距、藥水流向、電流比不合理、銅缸自身設(shè)計特性、未正確放置陪鍍板等方面共同影響。相較厚板（板厚0.3 mm 以上），芯板均勻性更差。各因子對芯板均勻性的影響相關(guān)性見表2。

表2 銅厚不均異常因子分析表

1.3 關(guān)鍵因子分析

（1）芯層板鍍銅過程飄動變形導(dǎo)致鍍銅不均。受鍍板形狀以及板面平整性對鍍銅均勻性影響極大。當(dāng)受鍍板厚度達到一定值時，其剛度上升后，受鍍板不會彎曲，與陽極鈦網(wǎng)保持平行，受鍍板上各點離陽極距離相等，銅沉積效率也基本相當(dāng)；而芯板層剛性不足，在行進中隨著藥水流動以及夾具拉扯，板面像波浪輕微彎曲，整個板面不會完全平行陽極鈦網(wǎng)。彎曲凸起位置更接近鈦網(wǎng)則銅沉積效率更高，銅厚更厚；反之，遠離鈦網(wǎng)的地方銅厚會偏薄。因芯板各個位置離陽極鈦網(wǎng)的距離不一，鍍銅效率差異較大，故均勻性也較差。

（2）銅缸自身設(shè)計特性特定區(qū)域異常。水平電鍍產(chǎn)線的每個鈦籃由4塊形狀不一的四邊形組成一個長方形。為了更好地調(diào)整鍍銅均勻性，可設(shè)計一個電流比因子，給每個鈦網(wǎng)的4個分區(qū)輸出不同的電流比，如圖3所示。例如，通常第1分區(qū)（靠近夾具側(cè)）相同的電流密度下銅厚會相對偏薄，則將該分區(qū)的電流比因子設(shè)置為1.05，第2分區(qū)銅厚偏厚則可設(shè)置為0.95，具體電流比數(shù)值根據(jù)實際銅厚情況微調(diào)。該設(shè)計可一定程度調(diào)整鍍銅均勻性，但只在大部分面積偏薄或偏厚時適用。另外，這種設(shè)計存在潛在的弊端，在過往均勻性測試中發(fā)現(xiàn)，板中相同位置銅厚會固定偏厚。例如，在離夾點邊140～180 mm處，上下板面銅厚都會高于其他地方，原因是第1分區(qū)和第2分區(qū)鈦網(wǎng)的交互影響（圖3）。目前暫時無法從參數(shù)上調(diào)整優(yōu)化處理。

圖3 鈦網(wǎng)分區(qū)

2 改善對策及實施

針對芯板因鍍銅過程飄動變形以及特定區(qū)域銅厚異常問題，主要采取新陽極遮板的導(dǎo)入以及在銅厚偏厚區(qū)域的陽極遮板增加塞子。

2.1 新陽極遮板的導(dǎo)入

針對芯板在銅缸內(nèi)飄動情況，更換鈦籃蓋板，將傳統(tǒng)銅缸每個鈦籃上的6個支承輪子變成有8條長短不一的導(dǎo)條支承，原先上下鈦籃之間的距離為8 mm，更改新陽極遮板后距離僅2 mm，如圖4所示。芯板在鍍銅過程的飄動距離大幅減小，可有效保證板面平整性；同時，原先每個鈦籃只有6個小輪子支承板面，支承點面積極小，受力大，通常鍍銅后會發(fā)現(xiàn)芯板會殘留6 根條狀痕跡，而新陽極遮板每個鈦籃有8 個導(dǎo)條支承板面，芯板受力均勻不會殘留滾輪印。

圖4 新陽極遮板簡結(jié)構(gòu)示意

2.2 陽極遮板增加塞子

陽極遮板是由直徑10 mm的孔組成的網(wǎng)孔板。將一種直徑10 mm 的塞子從鈦網(wǎng)蓋板下方塞進（塞子只能單方向通過，可確保塞子不會脫落銅缸），如圖5 所示。理論上可根據(jù)某一區(qū)域銅厚高于平均值的百分比，初步計算在這區(qū)域堵塞相同百分比面積所需的塞子。后期再根據(jù)實際均勻性進行情況微調(diào)，以確保達到要求。

圖5 新陽極遮板塞子減弱電力線示意

通常均勻性測試發(fā)現(xiàn)存在一種情況，即同一產(chǎn)線不同時期的均勻性測試均發(fā)現(xiàn)在固定位置的銅厚偏厚，如圖6所示。在靠近夾具側(cè)120～180 mm處，上下板面的該位置銅厚均高于同板面其他位置，而并非單一產(chǎn)線。不同銅缸其表現(xiàn)不同，一個銅缸在夾具測第2 列下板面銅厚偏厚情況異常明顯，針對此種情況，嘗試在鈦籃蓋板該區(qū)域增加塞子，阻擋電力線，以適當(dāng)降低該處銅厚。

3 過程及數(shù)據(jù)分析

3.1 傳統(tǒng)銅缸設(shè)計與新陽極遮板對比

3.1.1 0.05 mm 芯板沉銅閃鍍前后漲縮變形對比

有兩條生產(chǎn)0.05 mm 芯板的產(chǎn)線，一條沉銅+閃鍍線為傳統(tǒng)銅缸（稱A 線），另一條沉銅+閃鍍線的第一個銅缸使用新陽極遮板設(shè)計（稱B 線）。通過測量0.05 mm 芯板四周定位孔位置變化計算芯板漲縮變形情況，可發(fā)現(xiàn)B 線的漲縮變形最大變化量為5 μm，而A 線的最大變化量達到15 μm，整體變形量也較B 線更大。由漲縮變形量可知，使用新陽極遮板可很好地保證芯板面的平整性，見表3。

表3 A線和B線生產(chǎn)前后漲縮變形表

3.1.2 0.05 mm 芯板傳統(tǒng)銅缸與新陽極遮板的銅缸均勻性對比

不同板厚和不同電鍍線的電鍍銅厚分布如圖7所示，均勻性對比見表4。由表4 均勻性對比情況可以發(fā)現(xiàn)，使用新陽極遮板后，夾點邊第2 個點位上下板面銅厚分化嚴重問題得到明顯改善，極差4.62 μm，極差均勻性9.23%，是傳統(tǒng)銅缸均勻性的1/2，極大地提升了芯板的均勻性。

表4 不同條件銅厚均勻性對比

圖7 不同條件銅厚分布

3.2 堵塞子前后芯板均勻性對比

常規(guī)均勻性測試測量10 行×13 列數(shù)據(jù)點，行距約55 mm，列距約48 mm；為了更準(zhǔn)確地掌握各區(qū)域銅厚，測量點變更為10 行×60 列，行距保持不變，列距變更為10 mm，即長邊每隔10 mm測量一個銅厚值，如圖8 所示。B 線第2 個銅缸在下鈦籃蓋板離夾點邊40～100 mm 處加塞子。由圖8 可知，從數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)加塞子區(qū)域銅厚明顯減低，其他區(qū)域加塞子前后無明顯差異。

圖8 加塞子前后均勻性分布對比

單獨對40～100 mm 區(qū)域銅厚分析，原先銅厚偏厚區(qū)域，經(jīng)過堵塞子阻擋電力線，銅厚有較大降低。此方法可有效解決固定位置銅厚偏厚的問題，無論厚板還是芯板均適用；但不可大面積堵塞，需考量藥水交換問題。

3.3 蝕刻不凈不良對比

目前，沉銅閃鍍工段芯板主要定線在兩條沉銅+閃鍍線；其中B 線第一個銅缸采用新陽極遮板，第二個銅缸在銅厚偏厚區(qū)域（下鈦籃40～100 mm）加塞子處理；而A 線兩個銅缸未做任何處理。選取2個不同設(shè)計的芯板分別在A 線、B線制作，收集不同產(chǎn)線之間的蝕刻不凈不良率對比數(shù)據(jù)。

結(jié)果表明，A 線與B線生產(chǎn)2個芯板的蝕刻不凈均存在明顯差異，使用新陽極遮板以及加塞子改善后的B 線均勻性效果更好，蝕刻不凈不良率只有A 線的1/3，蝕刻不凈不良率降低了65%左右。

4 結(jié)語

新陽極遮板設(shè)計可確保芯板在鍍銅過程保持良好的板面平整性，對芯板的鍍銅均勻性的改善有極大幫助；針對特定區(qū)域銅厚偏厚的問題，可采用在鈦網(wǎng)蓋板加塞子來降低電力線，降低某一區(qū)域的銅厚。