龍門式電鍍線生產(chǎn)75μm/75μm線鍍銅均勻性探究

陳世金 黃雨新 羅 旭

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514021）

1 前言

隨著PCB技術(shù)的不斷發(fā)展，我司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了較大的變化，主要體現(xiàn)在越來越多的75μm/75μm線路等級(jí)產(chǎn)品的導(dǎo)入。大家知道：目前在行業(yè)內(nèi)大批量生產(chǎn)75μm/75μm線的PCB廠一般是采用VCP和水平電鍍線等先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，最主要的原因是龍門式電鍍線的鍍銅均勻性不能滿足工藝要求，合格率都很低。有部分PCB廠采用調(diào)頭電鍍（即分兩次調(diào)換夾點(diǎn)電鍍）的方式在龍門式電鍍線上來生產(chǎn)75μm/75μm線路等級(jí)的產(chǎn)品，這樣的方式使合格率得到一定的提升，但是效率相對(duì)低下，而且制程的穩(wěn)定性很難維持。因此，對(duì)龍門式電鍍線均勻性的改善和研究就顯得十分必要和迫切了。

2 工藝原理概述及均勻性現(xiàn)狀

2.1 電鍍?cè)砼c電場(chǎng)線的分布

首先我們來了解一下電鍍的基本原理。簡單來說，電鍍指借助外界直流電的作用，在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng)，使導(dǎo)電體（例如金屬）的表面沉積一層金屬或合金。具體參見圖1所示：

圖1 電鍍基本原理示意圖

1833年法拉第發(fā)現(xiàn)電能與化學(xué)變化之間的定量關(guān)系，即法拉第第一定律W＝kIt(k-比例常數(shù)，I-電流強(qiáng)度，t-通電時(shí)間）。溶液之導(dǎo)電也受歐姆定律約束I＝V/R ，R＝I/K .L/q（I為電流，V為電壓，R為電阻，K為單位導(dǎo)電度，L為導(dǎo)體長度，q為截面積）。因此只要與電阻有關(guān)的介質(zhì)（溶液和金屬）都將影響到電解金屬的析出，實(shí)際情況涉及到均勻性分布的情況當(dāng)然是要復(fù)雜的多。電鍍時(shí)電場(chǎng)線的分布一般有三種情況：正負(fù)極等寬、正極較寬和負(fù)極較寬。（參見圖2）由于電場(chǎng)線的分布直接影響鍍層的均勻性，要得到均勻的鍍層就必須使加在板件上的電場(chǎng)線分布均勻。而影響電場(chǎng)線分布的因素就有很多了，如陽極的長度、多少、大小和排列距離，陰陽極電流的輸出偏差、左右分布和各接觸點(diǎn)的導(dǎo)電狀況，以及飛巴、夾具、鞍座、噴管、噴嘴、循環(huán)泵、藥水濃度等諸多因素均有關(guān)系。

2.2 均勻性現(xiàn)狀

2.2.1 我司鍍銅均勻性提升要求

我司目前鍍銅整體均勻性較差，R值（極差）平均在13μm以上，COV平均在10%以上，與我司控制目標(biāo)相差較大 （我司的目標(biāo)為：R值≤8μm，cov≤10%），而隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變（75μm/75μm線的產(chǎn)品增多），對(duì)我司電鍍均勻性提出了更高的要求。

我們先隨機(jī)選取一個(gè)銅缸的一個(gè)飛巴測(cè)試其均勻性，具體可參見表1的數(shù)據(jù)：

另外，我們對(duì)板電線9#銅缸的鍍銅均勻性也進(jìn)行了隨機(jī)測(cè)試（參見圖3），發(fā)現(xiàn)跟16#銅缸存在一些共同的特點(diǎn)，即銅厚偏厚區(qū)域集中在飛巴的兩邊。而飛巴的上部和底部均無一定的規(guī)律性，有的會(huì)出現(xiàn)底部偏厚，有的也會(huì)出現(xiàn)上部偏厚，還有的出現(xiàn)中間偏厚，因此整體均勻性是較差的。

2.2.2 3 mil/3 mil線產(chǎn)品對(duì)電鍍均勻性的要求

這個(gè)均勻性要求一般是根據(jù)后工序（蝕刻）的工藝制作能力和工程補(bǔ)償?shù)葪l件來定的，我司DES線的蝕刻因子和3 mil類線寬的補(bǔ)償決定了我們75μm/75μm線的板子銅厚最大值為33μm，極差≤8μm，只有滿足這兩個(gè)條件才能保證這類板子的制作順利，顯然這個(gè)要求較我們之前的鍍銅均勻性要嚴(yán)格的多。因此，我們必須對(duì)目前板電線的鍍銅均勻性進(jìn)行改善，才能滿足75μm/75μm線產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。

3 均勻性影響因素分析與改善對(duì)策

3.1 影響鍍銅均勻性的因素

我們?cè)谇懊婢鸵呀?jīng)知道：只要對(duì)電場(chǎng)線有關(guān)聯(lián)的部分均會(huì)對(duì)電鍍均勻性產(chǎn)生影響，只要抓住會(huì)對(duì)電場(chǎng)線產(chǎn)生變化的因素進(jìn)行排查和分析，消除（或盡量減少）對(duì)其產(chǎn)生的影響就會(huì)使電鍍均勻性得到改善。而只有清楚影響電鍍均勻性的影響因素，才能有針對(duì)性的制定改善措施并嚴(yán)格實(shí)施。下面我們就通過魚骨圖來分析一下影響電鍍均勻性的因素（參見圖4）。

（6）搖擺、過濾等周邊設(shè)備的運(yùn)行情況；

（7）員工的操作和電鍍參數(shù)的設(shè)定。

從鍍銅均勻性影響因素的魚骨圖上來看，設(shè)備和操作等方面對(duì)鍍銅的整體均勻性影響最為密切，因此后續(xù)我們將進(jìn)行有針對(duì)的進(jìn)行改善。而龍門式垂直電鍍線由于本身存在上下電流分布的差異相對(duì)較大的問題，加上電流“邊緣效應(yīng)”的影響，其鍍

通過排查影響電場(chǎng)線分布的因素，我們發(fā)現(xiàn)以下情況均會(huì)對(duì)電鍍均勻性產(chǎn)生一定的影響：

（1）陽極鈦籃的長短、形狀、個(gè)數(shù)、擺放位置和排列，以及銅陽極的消耗情況等；

（2）噴管、噴嘴的形狀、數(shù)量、排列和噴流量大小，機(jī)器損壞、阻塞情況等；

（3）陽極幕布和陰極浮槽的設(shè)計(jì)形狀、高度和運(yùn)行情況；

（4）整流器的電流輸出偏差、左右分布情況，以及飛巴、鞍座、火牛線接觸點(diǎn)導(dǎo)電是否良好；

（5）電鍍藥水含量以及定期的工藝維護(hù)（如倒缸、碳處理等）；銅均勻性一般是不及VCP的，和水平電鍍線的差異則就更大了。

3.2 均勻性改善措施

通過對(duì)板電線各個(gè)銅缸的均勻性測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們制定了一系列有針對(duì)性的改善措施，主要有以下方面：

3.2.1 調(diào)整陽極鈦籃，檢查陽極袋

由于之前陽極鈦籃的擺放比較混亂，現(xiàn)重新將銅缸所有的陽極鈦籃進(jìn)行位置調(diào)整，按照“3+8+7+8+3”的排列方式擺放，具體可參見圖5：

通過對(duì)陽極鈦籃進(jìn)行重新擺放，可以有效改善部分銅缸兩邊板子出現(xiàn)偏厚或偏薄的問題，減少部分銅缸由于“邊緣效應(yīng)”引起的鍍銅不均問題。同時(shí)檢查陽極袋的破損情況，并及時(shí)更換，以達(dá)到改善電場(chǎng)線分布均勻的目的。參見圖6：

圖6 更換破損陽極袋

3.2.2 統(tǒng)一浮槽規(guī)格

由于發(fā)現(xiàn)偏厚的部分除了集中在飛巴兩邊外，底部一排區(qū)域（離板邊約10 cm處）也出現(xiàn)“發(fā)白”問題，此區(qū)域銅厚明顯偏薄。所以我們對(duì)各銅缸的浮槽規(guī)格進(jìn)行了統(tǒng)一，通過測(cè)試均勻性再選取以打孔4排的規(guī)格為樣板，對(duì)其它不一致的浮槽進(jìn)行改造或重新制作。參見圖7：

圖7 浮槽打孔有兩種設(shè)計(jì)規(guī)格

我們除了對(duì)浮槽的打孔排數(shù)進(jìn)行了要求外，對(duì)打孔的孔徑也做了相應(yīng)的技術(shù)界定，后續(xù)通過幾次改造使其最終符合我們的設(shè)計(jì)要求。如此同時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)新的問題，就是陽極浮槽的兩端固定點(diǎn)易出現(xiàn)損壞和偏移現(xiàn)象，因?yàn)檫@直接關(guān)系到這一飛巴板子整體均勻性，極有可能出現(xiàn)很大的銅厚差異，造成嚴(yán)重的鍍銅不均問題。后來通過佳輝供應(yīng)商對(duì)陰極浮槽兩端加裝了導(dǎo)向滑槽，使其能順利的下滑至缸體的底部，而不會(huì)出現(xiàn)偏移“中央”位置。

3.2.3 噴管兩邊加裝PP（聚丙烯）保護(hù)擋條

噴嘴的脫落問題其實(shí)是影響鍍銅均勻性的一個(gè)十分重要的因素，我們對(duì)所有銅缸內(nèi)的噴管、噴嘴等進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)損壞、脫落情況嚴(yán)重，然后對(duì)其及時(shí)進(jìn)行了修復(fù)和增補(bǔ)，同時(shí)為防止噴嘴脫落（主要是板子彎曲會(huì)碰撞噴嘴），我們要求佳輝供應(yīng)商對(duì)噴管增加了“防撞”擋條，此擋條起到保護(hù)噴嘴不被碰掉的作用。參見圖8：

圖8 噴管兩邊加裝PP防撞擋條

3.2.4 調(diào)整電流輸出偏差

之前，我們板電線的銅缸整流器有兩種接線方式，且均存在較大的輸出偏差。后來我們對(duì)整流器輸出電流偏差較大的進(jìn)行校正或更換，部分整流器由“整體打電流”改為“分面次打電流”，增加了14臺(tái)整流器，從而改善電流輸出不均勻（飛巴一端電流很大，一端電流很?。┖洼敵銎钇蟮膯栴}。我們可以通過表2和表3來進(jìn)行對(duì)比：

整改前9#～13#缸的電流輸出偏差絕大部分均超過5%以上的偏差，尤其是個(gè)別通過同一飛巴的左右兩端偏差超過30%，嚴(yán)重影響電流分布的均勻性。雖然清洗鞍座、飛巴和更換部分火牛線有一定的改善，但最終通過增加14臺(tái)整流器和更換部分火牛線使問題得到了解決。

3.2.5 進(jìn)行設(shè)備、工藝等維護(hù)

由于銅缸藥水使用過久，存在藥水老化（光劑副產(chǎn)物及外界污染）和部分周邊設(shè)備損壞等現(xiàn)象，于是我們將銅缸陽極鈦籃底部的陽極泥清除、除去細(xì)小顆粒銅渣等，同時(shí)鍍銅藥水進(jìn)行碳處理除去有機(jī)污染及固體雜質(zhì)，以提高藥水清色度、保持藥水的鮮活性。對(duì)部分損壞的陽極幕布進(jìn)行修復(fù)或調(diào)整，調(diào)整陽極幕布上下及左右擋板的位置、高度等，活動(dòng)擋板起到改善四周鍍銅偏厚的情況，有效減少“邊緣效應(yīng)”產(chǎn)生的影響，從而達(dá)到改善局部鍍銅偏厚的問題。參見圖9：

表2 板電線調(diào)整整流器前電流測(cè)量數(shù)據(jù)記錄

表3 板電線調(diào)整整流器后電流測(cè)量數(shù)據(jù)記錄

圖9 調(diào)整陽極幕布四周的活動(dòng)擋板

3.2.6 規(guī)范員工操作

對(duì)員工的操作進(jìn)行培訓(xùn)并制成規(guī)范化文件，對(duì)藥液分析、管控及日常維護(hù)加強(qiáng)監(jiān)督，防止出現(xiàn)人為操作引起的鍍銅不均問題。這些規(guī)定主要是為了防止出現(xiàn)彎板和減少“邊緣效應(yīng)”的影響，主要包括有：

（1）上板及電鍍邊條的使用規(guī)定（如板子與板子須靠攏、板條的長寬度規(guī)定等，參見圖10）；

（2）每3～5天須添加銅球和電解，同時(shí)檢查銅球“架空”現(xiàn)象；

（3）每架板入缸時(shí)檢查是否插偏、彎板和浮槽卡死等問題；

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（4）規(guī)定各類長度板子的掛板方式及不同板子的生產(chǎn)線別界定；

（5）每周清洗鞍座、飛巴及各接觸點(diǎn)，保證導(dǎo)電性良好；

（6）每班檢查銅缸液位，按照工藝要求及時(shí)做出調(diào)整；

（7）定期做好藥水分析、光劑流量檢測(cè)及Hull Cell（霍爾槽）實(shí)驗(yàn)等，確保藥水含量正常。

4 改善效果

通過對(duì)上述措施的落實(shí)，我取得了較好的改善效果，這主要從均勻性數(shù)據(jù)（如cov和R值等）和后工序鍍銅不均引起的蝕刻不凈等方面來體現(xiàn)：

4.1 均勻性數(shù)據(jù)

首先我們看一下調(diào)整陽極及噴嘴增補(bǔ)后的數(shù)據(jù)，我們選取9#銅缸進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比。參見表4：

從數(shù)據(jù)上可以看出同一個(gè)銅缸同一個(gè)飛巴的cov值有7.84%減小至5.47%，整個(gè)飛巴R值由14.8μm減小至9.4μm。同時(shí)，我們用相同方法對(duì)每個(gè)銅缸的鍍銅均勻性做了對(duì)比，數(shù)據(jù)均顯示改善后優(yōu)于改善前。下面我們看一下每個(gè)銅缸改善前后的部分?jǐn)?shù)據(jù)，參見表5：

從改善的數(shù)據(jù)上來看，改善后絕大多數(shù)銅缸的鍍銅均勻性均較之前要好，R值基本能控制在8μm以內(nèi)，可以滿足我司當(dāng)前75μm/75μm線路等級(jí)產(chǎn)品的制作要求。從而證明我們的措施對(duì)改善鍍銅均勻性起到了較好的推動(dòng)作用，改善效果顯著。

4.1 后工序因鍍銅不均引起的蝕刻不凈問題

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表6 AOI因鍍銅不均引起的蝕刻不凈報(bào)廢數(shù)據(jù)

后工序（如酸蝕、AOI等）反饋的由于鍍銅不均引起的蝕刻不凈問題，也是反饋我們改善效果的又一個(gè)指標(biāo)。我們從2010年9月份至2011年2月份這幾個(gè)月時(shí)間里一直在進(jìn)行鍍銅均勻性改善，對(duì)改善后的3～8月份因鍍銅不均引起的蝕刻不凈作了一個(gè)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)由該問題引起的報(bào)廢已經(jīng)大大減少（改善前的報(bào)廢率平均在0.38%）。具體請(qǐng)參見表6和圖11：

5 結(jié)論

（1）均勻性改善后使我司板電線鍍銅整體均勻性得到了大幅提升，也提升了產(chǎn)品合格率，同時(shí)對(duì)產(chǎn)能影響較小。（2）通過對(duì)龍門式電鍍線進(jìn)行均勻性改善，可以滿足一次性制作75μm/75μm線路等級(jí)產(chǎn)品的鍍銅均勻性要求，生產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)符合我司控制標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)然，電鍍均勻性改善是一個(gè)長期的過程，需要不斷的堅(jiān)持，而效果也是在不斷的驗(yàn)證中的，同時(shí)改善成果需要我們進(jìn)行長期的維護(hù)和鞏固。后續(xù)我們可能將面臨行業(yè)內(nèi)更大的挑戰(zhàn)，所以我們將會(huì)以更科學(xué)、更完善、更積極的心態(tài)投入到鍍銅均勻性提升工作中去，以滿足我公司不斷向前發(fā)展的技術(shù)需求。

[1]任傳雄. 荏原優(yōu)吉萊特貿(mào)易有限公司, 硫酸銅電鍍理論介紹.

[2]張賀威, 周振鐸. 佳輝工業(yè)國際有限公司, 電鍍均勻性說明.