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电镀均匀性改善研究 2008-8-15 17:02:04资料来源:作者: 摘要：本文针对图形电镀线电镀均匀性不佳的状况，通过一系列细致的试验分析，完成了在缸体上部增加特定尺寸的阳极挡板，以及在浮槽侧面进行大小、间距适宜的开孔等改造措施，改善了该线的电镀均匀性，使其均匀程度由改善前的20.8%，提高到改善后10.3 %。关键词：电镀均匀性；阳极挡板；浮槽1. 前言 随着PCB 不断向轻、薄、短小高密度方向发展，给很多设备和生产工艺带来了更高要求。其中线路板图形间距越来越小，而孔铜厚要求却越来越高，给图形电镀均匀性就提出了新的挑战。 我司旧图形电镀线在加工整板细密线路(最小间距3.5mil)的板子时，板边细密线路容易夹膜，导致报废。且发现板上有规律的铜厚分布不均匀，导致半成品切片判断孔铜失误，不能有效对半成品的铜厚作出准确判断。故决定对此线电镀均匀性进行专门测试分析，组织进行改善。2. 测试说明：1)整个图形电镀线的电镀窗口为5224(Inch2)，深方向为24Inch；2)采用生益FR-4 板材，尺寸：24X24Inch2，2 块此尺寸板并排放置于电镀缸中进行测试 ；3)测试板距溶液表面0-1Inch，悬挂于溶液中间，不加分流条，22ASF,电镀60 分钟；4)深方向是指板子从镀液表面到溶液底部的方向；水平方向是指与阴极杆平行的方向；5)测量仪器采用的是德国Fischer 公司感应式表面铜厚测试仪，测量误差0.5um；6)测试时每22Inch2 取一个测量点，用电镀后的铜厚减去电镀前的铜厚进行统计分析；7)因每进行一次测试，2 块板两面共有576 个数据，限于篇幅，文中只展示每次正面测量所作出示意图。7 次测试的数据，作为附件，另附一个文档。3. 改善目标：1)总体COV(标准偏差与总体平均值的比值百分数)11%（业界参考标准为=8-12%)；2)深方向镀铜厚度平均差异(深方向极差)3um。4. 首次测试：选取该线12#缸进行均匀性测试，其总体COV 为20.8%，水平方向的不均匀主要在板最两边，可以通过在挂具两侧加分流条和调整阳极间距来避免和改善。另外，从深方向的平均铜厚分布图(如图1)可以看出存在如下问题：如上图1 所示：图1 第一次测试深方向平均铜厚分布图(1)距离液面1-3 Inch 区域内，铜厚比整板平均镀铜要厚4.1um；(2)距离液面20-24Inch 区域内，铜厚明显比整板平均值薄4.8um；深方向镀铜平均值的极差为8.9um。结合电镀缸体设备进行分析，主要原因为：测试板上部电力线过于密集，造成板子上部1-3Inch区域电镀过厚；电镀槽底部部浮槽对板底端遮蔽过度，导致此区域电力线过于稀疏，从而铜厚过薄。针对以上两个问题，决定对电镀槽进行如下两个方面的改造，以便使得整体铜厚分布均匀：(1)通过试验测试，在电镀缸上部增加尺寸适宜的阳极挡板；(2)通过试验测试，对电镀缸中浮槽侧面进行适当的开孔。5. 阳极挡板改善：根据前次电镀均匀性测试的结果，我们决定首先对上部镀铜过厚的问题进行改善。5.1 初次设计阳极挡板：首先设计了在缸体上部，距离阳极1Inch 的位置增加深入液面5Inch 的阳极挡板。测试总体COV 为21.7%，深方向铜厚极差为5.6um。深方向铜厚分布如图2 所示。图2 阳极挡板深入液面5 Inch 正面深方向铜厚分布图2 显示阳极挡板深入液面过深，遮蔽电力线过度，故需减少阳极挡板深入液面的尺寸。5.2 改造阳极挡板：随后把阳极挡板深入液面的尺寸减少到2Inch，重新制作2 个阳极挡板后再进行测试：图3 阳极挡板深入液面2Inch 正面深方向铜厚分布总体COV 也优化到17.9%，上部1-3Inch 区域铜厚与总体平均铜厚差异小于3um。深方向平均铜厚极差为6.9um，板上部镀铜过厚已得到有效的抑制。以上说明，对电镀缸体增加深入液面2Inch 的阳极挡板，对改善电镀缸上部的均匀性是合理的。6. 浮槽改善：要提高距液面20-24Inch 区域铜厚，需对浮槽侧面进行适当开孔，以增加该区域电力线密度。6.1 浮槽开大孔：对浮槽侧面每边9 个区域进行开孔，开孔大小为10050(mm2)的方形孔，如下图4 所示：图6 浮槽侧面每间隔15mm 钻一个5mm 的圆孔 测试总体COV 为15.9%，深方向镀铜平均差异为7.4um，如图5 所示。这说明对浮槽的侧面开孔过大，导致从浮槽侧面透过电力线过多，电镀过厚。6.2 浮槽开圆孔：对浮槽侧面9 个区域进行开孔：每个区钻5 排孔，间隔为15mm，直径5mm。如图6 所示：测试其总体COV 为13.4%，深方向平均铜厚差异为3.6um，如下图7 所示。说明还得想办法使得最底部的电力线分布再稀疏些。图7 浮槽侧面开5mm 圆孔后测试的铜厚分布图6.3 浮槽圆孔优化：对浮槽侧面区域：钻四排孔，第一排为直径10mm，其余三排直径为5mm，孔中心间距都为15mm。改造后测试总体COV 为10.3%，深方向镀铜厚度平均差异为2.6um，已小于3um 目标，如图9 所示：板子最底部的铜厚分布差异有所减小，达到改造预期要求。图8 浮槽侧面圆孔优化改造示意图7. 改造后总体测试效果：结合5.2 和6.3 的改造结论，对其余7 个电镀缸进行了全面改造-在每个缸体上增加了阳极挡板，对每个缸浮槽进行开孔改造。改造后我们随即抽取15#电镀缸进行测试，以便确认改造效果。图9 浮槽侧面圆孔优化后正面深方向铜厚分布图图10 全面改造后15#缸正面深方向铜厚分布图深方向镀铜厚度差异为2.8um，整板COV为7.9%，与在12# 缸测试的结果比较接近，符合改造目标要求，如图10 所示。8. 结束语：历经多次电镀均匀性的测试和设备改造，该图形电镀线的电镀均匀性从原来的20.