圖形電鍍不滿缸生產(chǎn)的優(yōu)化

蘇培濤 佘偉斯

（汕頭超聲印制板公司，廣州 汕頭 515065）

在PCB板件圖形電鍍生產(chǎn)過程中，不滿缸生產(chǎn)情況下飛巴兩側(cè)經(jīng)常會使用電鍍邊條以減少邊緣效應(yīng)提高鍍層均勻性。但由于常規(guī)邊條電鍍面積無法精確計算而且鍍上錫后不能夠再重復(fù)使用，對整體板件電鍍面積存在較大影響，容易造成部分電流被分流，影響板件的電鍍效率，最終可能導(dǎo)致孔銅不足的質(zhì)量性報廢。本文通過設(shè)計各種規(guī)格的不銹鋼邊條，以適應(yīng)不同尺寸的板件生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)邊條電鍍面積的精確計算，同時開發(fā)自動計算系統(tǒng)配合不滿缸邊條電鍍面積的計算，達(dá)到優(yōu)化電鍍不滿缸生產(chǎn)、提高銅層厚度保證性的目的。

1 概述

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

隨著市場拓展和公司向小批量、多品種、高多層板件發(fā)展，日常板件類型越來越多，特別是存在特殊要求的小批量急件和快件，在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)常會出現(xiàn)因?yàn)榘寮可?、拼板尺寸不合理（如：為提高板料利用率設(shè)計成330.2 mm（13 in）、381.0 mm（15 in）、431.8 mm（17 in）和482.6 mm（19 in）等）或尾數(shù)板導(dǎo)致電鍍時經(jīng)常出現(xiàn)不滿缸生產(chǎn)的現(xiàn)象，而不滿缸生產(chǎn)容易出現(xiàn)孔銅不足或鍍層過厚等質(zhì)量問題，對圖形電鍍控制提出更高的要求。

1.2 改善目標(biāo)

通過制作特定規(guī)格的不銹鋼邊條，改善不滿缸生產(chǎn)時因邊條面積無法精確計算而造成電鍍電流偏小導(dǎo)致孔銅不足的隱患，同時增加的電鍍邊條需要滿足可循環(huán)利用且操作方便，并可在不同圖形電鍍線上推廣使用。

2 邊條材料、設(shè)計與規(guī)格

2.1 不銹鋼邊條材料要求

考慮圖形電鍍線的實(shí)際使用環(huán)境，在電鍍邊條用料的選擇上需要進(jìn)行考究，通過選取能耐高溫、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿并在鍍銅和鍍錫過程中不會氧化溶解的材質(zhì)，同時還需具有良好的抗氯化物侵蝕性能，經(jīng)試驗(yàn)最終確定使用SS316不銹鋼材料。

2.2 不銹鋼邊條的設(shè)計要求

不銹鋼邊條的設(shè)計主要從三方面考慮：

（1）邊條尺寸方面：根據(jù)板件主要尺寸設(shè)計成355.6 mm（14 in）、406.4 mm（16 in）、457.2 mm（18 in）、508 mm（20 in）、558.8 mm（22 in）和609.6 mm（24 in）共六種常規(guī)型號的電鍍邊條，邊條寬度需要保證飛巴上至少有二個夾點(diǎn)避免實(shí)際使用過程中由于震蕩或搖擺等導(dǎo)致脫落，并可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)板件選取不同尺寸的邊條型號和數(shù)量進(jìn)行使用；

（2）動力學(xué)影響方面：因不銹鋼材質(zhì)的密度偏大，需對邊條進(jìn)行打孔設(shè)計，一方面可以減少邊條自身的重量，另一方面還可以防止邊條在鍍缸中搖擺時產(chǎn)生較大的阻力，造成不銹鋼邊條變形或脫落；

（3）邊條面積影響方面：由于不滿缸板件的圖形電鍍面積一般較小，因此邊條中間打孔還可以減少邊條電鍍面積，一方面有利于整體電流的均勻分布，另一方面可以減少邊條鍍銅量和重復(fù)使用時的退鍍量，達(dá)到節(jié)約銅球和藥水耗用的目的。

2.3 不銹鋼邊條規(guī)格（表1）

圖1 設(shè)計規(guī)格圖

圖2 條邊實(shí)物圖

3 不銹鋼邊條驗(yàn)證試驗(yàn)

針對新設(shè)計的不銹鋼邊條可行性進(jìn)行分析，在不同設(shè)備的圖形電鍍線進(jìn)行多次的試板驗(yàn)證。

表1

3.1 圖形電鍍1#線試驗(yàn)

3.1.1 試驗(yàn)參數(shù)及條件（表2）

（1）滿缸生產(chǎn)條件：一掛12塊板，豎夾。

（2）加不銹鋼邊條生產(chǎn)條件。一掛6塊板，豎夾，兩邊各加4塊508 mm（20 in）不銹鋼邊條，電鍍面積=6塊試板電鍍面積+4塊不銹鋼邊條面積。

（3）常規(guī)邊條生產(chǎn)條件。一掛6塊板，豎夾，兩邊夾常規(guī)50.8 mm（2 in）邊條，電鍍面積=6塊試板的電鍍面積。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3）

3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，不同類型邊條對電鍍效果影響很大，夾常規(guī)邊條的板件孔銅比正常滿缸生產(chǎn)薄了大約5 μm ～ 7.5 μm，而夾不銹鋼邊條生產(chǎn)的孔銅與正常滿缸時的孔銅相近，并沒有明顯的差異。

分析原因主要是圖形電鍍時板件電鍍面積一般較小，且不滿缸生產(chǎn)時拼板數(shù)少，所有夾點(diǎn)不能放空，就必須夾較多的常規(guī)邊條（圖3），因?yàn)閵A常規(guī)邊條電鍍面積沒有進(jìn)行計算（實(shí)際上生產(chǎn)線也很難進(jìn)行每缸精確的計算），那么這種情況下邊條的面積對整體電鍍面積影響較大，最終導(dǎo)致出現(xiàn)孔銅偏低。

以本次試驗(yàn)為例，在使用常規(guī)邊條的情況下，試驗(yàn)板件的電鍍面積為5.9 dm2/面，一條飛巴上共有6塊，理論電鍍總面積35.4 dm2，而常規(guī)邊條的面積大概占5 dm2，實(shí)際的電鍍面積達(dá)到40 dm2左右，那么如果邊條這部分面積不計算進(jìn)去，就會影響大概1/8的電鍍效率，也就是說要求25.4 μm的孔銅實(shí)際鍍出來可能只有20 μm左右。

表3

對比使用不銹鋼邊條的情況下，由于不銹鋼邊條的面積是固定和可控的（圖4），也就能很好地避免了這個問題，即電鍍時能夠精確計算出每條飛巴上的電鍍面積。

圖3

圖4

3.2 圖形電鍍2#線試驗(yàn)

3.2.1 試驗(yàn)參數(shù)及條件（表4）

表4

（1）滿缸生產(chǎn)條件：一掛10拼板，豎夾。

（2）夾不銹鋼邊條生產(chǎn)條件：一掛8塊板，豎夾，兩邊各加2塊406.4 mm（16in）不銹鋼邊條。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表5）

表5

3.2.3 結(jié)果分析

從數(shù)據(jù)上看，兩種孔銅厚度極度接近，進(jìn)一步驗(yàn)證了不銹鋼邊條對孔銅保證性的改善，但此次試驗(yàn)不滿缸生產(chǎn)的拼板數(shù)（8塊）較多，不屬于嚴(yán)重不滿缸生產(chǎn)，不銹鋼邊條的改善作用可能無法得到完全的體現(xiàn)，因此在圖形電鍍3#線再進(jìn)行第3次的試驗(yàn)。

3.3 圖形電鍍3#線試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)參數(shù)及條件（表6）

表6

（1）滿缸生產(chǎn)條件：一掛11拼板，豎夾。

（2）夾不銹鋼邊條生產(chǎn)條件：一掛5塊板，豎夾，兩邊各加5塊406.4 mm（16in）不銹鋼邊條。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表7）

表7

3.3.3 結(jié)果分析

因?yàn)樵摼幪柊寮M缸生產(chǎn)是每掛11拼板，批量試驗(yàn)時安排5拼板不滿缸生產(chǎn)，屬于嚴(yán)重不滿缸生產(chǎn)，從第3次試驗(yàn)結(jié)果看，嚴(yán)重不滿缸加夾不銹鋼邊條的情況下孔銅沒有出現(xiàn)異常，兩種生產(chǎn)情況下的孔銅厚度仍然十分接近，由此驗(yàn)證了不銹鋼邊條的使用并不會因?yàn)椴粷M缸生產(chǎn)的板件拼數(shù)減少而對孔銅產(chǎn)生影響。

場效應(yīng)管輸出電路如圖7所示。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，采用光耦隔離輸出。輸出端子J2的引腳1連接外部電源正極，引腳3連接外部電源負(fù)極。外部負(fù)載接在引腳2和3之間。單片機(jī)的P1.2引腳通過三極管Q2，控制光耦的引腳3和4接通或斷開。當(dāng)P1.2為高電平時，光耦U1的3，4引腳接通，從而場效應(yīng)管M1導(dǎo)通，給外部負(fù)載上電。P1.3場效應(yīng)管輸出電路與此類似。

3.4 試驗(yàn)小結(jié)

通過在三條不同的圖形電鍍線設(shè)備上進(jìn)行滿缸生產(chǎn)和不滿缸加不繡鋼邊條的對比試驗(yàn)，可得出如下結(jié)論：

（1）電鍍不滿缸生產(chǎn)情況下，使用常規(guī)邊條（常規(guī)邊條電鍍面積沒有計算在內(nèi)），對孔銅存在一定的影響，而且一掛板使用常規(guī)邊條數(shù)量越多，對孔銅厚度的影響越大；

（2）不銹鋼邊條的使用能較好地改善不滿缸生產(chǎn)情況下孔銅不足的現(xiàn)象，可有效提高孔壁銅厚的保證性；

（3）在加夾不銹鋼邊條生產(chǎn)時，并不會因?yàn)槊恳粧觳粷M缸板件拼板數(shù)的減少或者增多而對孔銅產(chǎn)生影響。

4 不滿缸電流指示電腦系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

在圖形電鍍生產(chǎn)過程中，許多年前我們已成功自行開發(fā)一套計算電鍍面積和電流密度的自動查詢電流指示程序，可實(shí)現(xiàn)每一種生產(chǎn)編號在每一條電鍍線上生產(chǎn)條件的精確控制。但由于不滿缸生產(chǎn)時增加邊條面積，因此實(shí)際電鍍面積將隨著板件塊數(shù)和使用邊條數(shù)量不斷發(fā)生變化，需重新進(jìn)行計算，如果每次加夾不銹鋼邊條時都要人工重新去計算電鍍面積，那么這樣不僅會耽誤生產(chǎn)時間，還極有可能造成人工計算的錯誤，為避免這種情況的出現(xiàn)，在IT部門的協(xié)助下，完成“不滿缸加不銹鋼邊條新電鍍面積”電腦自動計算系統(tǒng)”。如圖5所示。

圖5 不滿缸新電鍍面積查詢界面

在這個自動計算系統(tǒng)的幫助下，通過輸入“板件編號、拼板數(shù)”選擇“邊條型號”和“塊數(shù)”，我們就可以很快完成新電鍍面積的計算，省去了繁瑣的人工計算過程，節(jié)約了時間，也很好的避免了人為操作上的失誤。

5 生產(chǎn)線批量使用情況

PCB加工過程中十分注重細(xì)節(jié)管理，特別是電鍍線的控制上，俗話說：“把每一件簡單的事做好就是不簡單，把每一件平凡的事做好就是不平凡！”做為生產(chǎn)線平時不起眼的電鍍條邊，只要于細(xì)微之處用心，也能發(fā)揮出很大的作用！