为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划pcb电镀管理报告线镀层均匀性改善XX-8-2715:26:43资料来源:PCBcity作者:刘良军摘要：以公司新引进的VCP电镀线为研究对象，通过试验对比及生产数据搜集，发现在优化液位高度、挂架间距、夹板深度后，合适的底屏、边屏位置，可有效改善垂直方向板边的电力线分布，减少“边缘效应”影响，从而提高镀层均匀性。试验结果表明：底屏及边屏分别移动2mm和20mm，对板底部铜厚与均值差均会有约4%的影响；同时优化底屏、边屏后，可将整板CoV由平均%提至%。关键词：VCP底屏边屏镀层均匀性CoV一、前言VCP即VerticalContinuousPlating的缩写，意为垂直连续电镀，与传统的垂直电镀相比，阴极受镀物采取步进的方式工作是其最大的特点，该工作方式有效提高了电镀品质，同时占地面积大大缩小，且在批量化生产方面也拥有优势，所以近来受到电镀业者的亲睐。图1是VCP线大致工作示意图，该图为操作界面的正面视图。操作者在上板区进行挂具上板后，板依次进入除油、水洗、预浸段，然后进入镀铜段，完成电镀后，板经过水洗、风干至出板；而挂具进入褪镀段，褪镀完毕至上板区待用。图1VCP线工作示意图传统的垂直电镀线，阴极相对固定位置，阳极钛篮排布、夹板方式及夹板间距对板件水平方向均匀性有着显著影响，如图2中所示，一飞巴中，板件夹板间距、Dummy板使用、端板位置均会影响电力线的分布，从而影响镀铜均匀性。而以我司的一条VCP线为例，单边约300个阳极钛篮，这些钛篮对铜厚共同起着平均的作用，所以单个钛篮的偏位或者缺失对镀铜均匀性的影响几乎可忽略不计。同时，VCP采用单个挂具夹一块板的做法，夹板方式固定、单一，夹板深度机械控制，基本不存在变数。所以VCP线镀铜均匀性的关键影响因素还需重新验证。二、试验部分试验条件采用24(L)*18(W)inch、20(L)*16(W)inch、16(L)*20(W)inch三种常用尺寸的试验板；厚度；底铜HOZ；镀铜液温度251；电流密度18-20ASF；镀铜时间54-60min；目标铜厚；假设电镀效率90-100%。评估方法测量方法采用通用85点测试方法，具体测试点分布如图4所示；镀层均匀性统计方法采用CoV(Coefficientofvariance)评估，CoV定义如下：，其中：图4铜厚85点测量法试验因素VCP线与传统垂直电镀线在溶液交换的处理上不同，传统垂直电镀线多采用打气，而VCP线多采用喷流，两相对比，喷流在保证溶液交换充分的同时，液面相对平稳，对于板垂直的摆动影响更小，这点对于薄板加工更为有利。VCP线顶部未设阳极挡板，槽内液位相对平稳，因此对于板顶部的镀铜均匀性而言，液位高度是一个值得考量的因素。对于底部铜厚，关键影响因素为底屏及边屏设置，这两者可有效改善板底部电力线分布，从而改善铜厚分布。VCP的底屏、边屏设置示意图参考图5。底屏即bottomshield，通过调整H型的底屏顶部与板底部的间距，优化板底约50mm的电力线分布；而边屏即sideshield，通过调整边屏顶部与板底部的间距，优化板底从50mm-200mm间的电力线分布。电力线优化示意图参照图3。至于水平方向的镀铜均匀性，基于VCP线设计原理，夹具间距的设定，决定了前后板间距，该间距对水平方向镀铜均匀性起着决定性作用。三、结果与讨论板间距对铜厚水平分布的影响板间距同时影响着相邻两块板板边的铜厚分布。理想情况，板间距越小越好，那么铜缸中所有的板可被视作一整块板，板件的水平均匀性能达到最佳。但实际状况是，0间距会导致板前进过程中发生碰撞。从试验结果可以得出：为批量稳定生产考虑，不大于10mm的板间距可有效保证水平铜厚分布。从图6可以看出，当我们将板间距从25mm降低至10mm时，CoV由%下降至%，降低了%。UnimicronTechnology(ShenZhen)Co.,Ltd.UnimicronTechnology(ShenZhen)Co.,Ltd.UnimicronTechnology(ShenZhen)Co.,Ltd.水平电镀工艺在PCB电镀中的应用一、概述完全为了适应高纵横比通孔电镀的需要。但由于电镀过程的复杂性和特殊性，水平电镀技术的呈现。设计与研制水平电镀系统仍然存在着若干技术性的问题。这有待于在实践过程中加以改进。尽管如此，但水平电镀系统的使用，对印制电路行业来说是很大的发展和进步。因为此类型的设备在制造高密度多层板方面的运用，显示出很大的潜力，不但能节省人力及作业时间而且生产的速度和效率比传统的垂直电镀线要高。而且降低能量消耗、减少所需处理的废液废水废气，而且大大改善工艺环境和条件，提高电镀层的质量水准。水平电镀线适用于大规模产量24小时不间断作业，水平电镀线在调试的时候较垂直电镀线稍困难一些，一旦调试完毕是十分稳定的同时在使用过程中要随时监控镀液的情况对镀液进行调整，确保长时间稳定工作。PCB制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速的发展。促使印制电路设计大量采用微小孔、窄间距、细导线进行电路图形的构思和设计，随着微电子技术的飞速发展。使得PCB制造技术难度更高，特别是多层板通孔的纵横比超过5：1及积层板中大量采用的较深的盲孔，使常规的垂直电镀工艺不能满足高质量、高可靠性互连孔的技术要求。其主要原因需从电镀原理关于电流分布状态进行分析，通过实际电镀时发现孔内电流的分布呈现腰鼓形，出现孔内电流分布由孔边到孔中央逐渐降低，致使大量的铜沉积在外表与孔边，无法确保孔中央需铜的部位铜层应达到规范厚度，有时铜层极薄或无铜层，严重时会造成无可挽回的损失，导致大量的多层板报废。为解决量产中产品质量问题，目前都从电流及添加剂方面去解决深孔电镀问题。高纵横比PCB电镀铜工艺中，大多都是优质的添加剂的辅助作用下，配合适度的空气搅拌和阴极移动，相对较低的电流密度条件下进行的使孔内的电极反应控制区加大，电镀添加剂的作用才干显示进去，再加上阴极移动非常有利于镀液的深镀能力的提高，镀件的极化度加大，镀层电结晶过程中晶核的形成速度与晶粒长大速度相互补偿，从而获得高韧性铜层。这两种工艺措施就显得无力，然而当通孔的纵横比继续增大或出现深盲孔的情况下。于是发生水平电镀技术。垂直电镀法技术发展的继续，也就是垂直电镀工艺的基础上发展起来的新颖电镀技术。这种技术的关键就是应制造出相适应的相互配套的水平电镀系统，能使高分散能力的镀液，改进供电方式和其它辅助装置的配合下，显示出比垂直电镀法更为优异的功能作用。二、水平电镀原理简介通电后发生电极反应使电解液主成份产生电离，水平电镀与垂直电镀方法和原理是相同的都必须具有阴阳两极。使带电的正离子向电极反应区的负相移动;带电的负离子向电极反应区的正相移动，于是发生金属堆积镀层和放出气体。因为金属在阴极沉积的过程分为三步：即金属的水化离子向阴极扩散;第二步就是金属水化离子在通过双电层时，逐步脱水，并吸附在阴极的外表上;第三步就是吸附在阴极表面的金属离子接受电子而进入金属晶格中。从实际观察到作业槽的情况是固相的电极与液相电镀液的界面之间的无法观察到异相电子传递反应。其结构可用电镀理论中的双电层原理来说明，当电极为阴极并处于极化状态情况下，则被水分子包围并带有正电荷的阳离子，因静电作用力而有序的排列在阴极附近，最靠近阴极的阳离子中心点所构成的设相面而称之亥姆霍兹(Helmholtz外层，该外层距电极的距离约约1-10纳米。但是由于亥姆霍兹外层的阳离子所带正电荷的总电量，其正电荷量不足以中和阴极上的负电荷。而离阴极较远的镀液受到对流的影响，其溶液层的阳离子浓度要比阴离子浓度高一些。此层由于静电力作用比亥姆霍兹外层要小，又要受到热运动的影响，阳离子排列并不像亥姆霍兹外层紧密而又整齐，此层称之谓扩散层。扩散层的厚度与镀液的流动速率成反比。也就是镀液的流动速率越快，扩散层就越薄，反则厚，一般扩散层的厚度约5-50微米。离阴极就更远，对流所到达的镀液层称之谓主体镀液。因为溶液的发生的对流作用会影响到镀液浓度的均匀性。扩散层中的铜离子靠镀液靠扩散及离子的迁移方式输送到亥姆霍兹外层。而主体镀液中的铜离子却靠对流作用及离子迁移将其输送到阴极表面。所在水平电镀过程中，镀液中的铜离子是靠三种方式进行输送到阴极的附近形成双电层。以及温差引起的电镀液的流动。越靠近固体电极的外表的地方，镀液的对流的发生是采用外部现内部以机械搅拌和泵的搅拌、电极本身的摆动或旋转方式。由于其磨擦阻力的影响至使电镀液的流动变得越来越缓慢，此时的固体电极表面的对流速率为零。从电极表面到对流镀液间所形成的速率梯度层称之谓流动界面层。该流动界面层的厚度约为扩散层厚度的十倍，故扩散层内离子的输送几乎不受对流作用的影响。电镀液中的离子受静电力而引起离子输送称之谓离子迁移。其迁移的速率用公式表示如下：u=zeoE/6r要。其中u为离子迁移速率、z为离子的电荷数、eo为一个电子的电荷量(即为电位、r为水合离子的半径、为电镀液的粘度。根据方程式的计算可以看出，电埸的作用下。电位E降落越大，电镀液的粘度越小，离子迁移的速率也就越快。电镀时，根据电沉积理论。位于阴极上的PCB为非理想的极化电极，吸附在阴极的外表上的铜离子获得电子而被还原成铜原子，而使靠近阴极的铜离子浓度降低。因此，阴极附近会形成铜离子浓度梯度。铜离子浓度比主体镀液的浓度低的这一层镀液即为镀液的扩散层。而主体镀液中的铜离子浓度较高，会向阴极附近铜离子浓度较低的地方，进行扩散，不时地补充阴极区域。PCB类似一个平面阴极，其电流的大小与扩散层的厚度的关系式为COTTRELL方程式：其电流称为极限扩散电流ii其中I为电流、z为铜离子的电荷数、F为法拉第常数、A为阴极表面积、D为铜离子扩散系数(D=KT/6r)Cb为主体镀液中铜离子浓度、Co为阴极表面铜离子的浓度、D为扩散层的厚度、K为波次曼常数(K=R/N)T为温度、r为铜水合离子的半径、为电镀液的粘度。当阴极表面铜离子浓度为零时。极限扩散电流的大小决定于主体镀液的铜离子浓度、铜离子的扩散系数及扩散层的厚度。当主体镀液中的铜离子的浓度高、铜离子的扩散系数大、扩散层的厚度薄时，从上式可看出。极限扩散电流就越大。要达到较高的极限电流值，根据上述公式得知。就必须采取适当的工艺措施，也就是采用加温的工艺方法。因为升高温度可使扩散系数变大，增快对流速率可使其成(来自:写论文网:pcb电镀管理报告)为涡流而获得薄而又均一的扩散层。从上述理论分析，增加主体镀液中的铜离子浓度，提高电镀液的温度，以及增快对流速率等均能提高极限扩散电流，而达到加快电镀速率的目的水平电镀基于镀液的对流速度加快而形成涡流，能有效地使扩散层的厚度降至10微米左右。故采用水平电镀系统进行电镀时，其电流密度可高达8A/dm2就是如何确保基板两面及导通孔内壁铜层厚度的均匀性。要得到镀层厚度的均一性，PCB电镀的关键。就必须确保印制板的两面及通孔内的镀液流速要快而又要一致，以获得薄而均一的扩散层。要达到薄均一的扩散层，就目前水平电镀系统的结构看，尽管该系统内安装了许多喷咀，能将镀液快速垂直的喷向印制板，以加速镀液在通孔内的流动速度，致使镀液的流动速率很快，基板的上下面及通孔内形成涡流，使扩散层降低而又较均一。但是通常当镀液突然流入狭窄的通孔内时，通孔的入口处镀液还会有反向回流的现象发生，再加上一次电流分布的影响，演经常造成入口处孔部位电镀时，由于尖端效应导致铜层厚度过厚，通孔内壁构成狗骨头形状的铜镀层。根据镀液在通孔内流动的状态即涡流及回流的大小，导电镀通孔质量的状态分