1、线镀层均匀性改善 2009-8-27 15:26:43 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 7.0%提至 5.1%。关键词：VCP 底屏边屏镀层均匀性 CoV 一、前言VCP 即 Vertical Continuous Plat
2、ing 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 1 VCP 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、D
3、ummy 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2.1 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 0.3；底铜 HOZ ；镀铜液温度 251；电流密度 18-20
4、ASF ；镀铜时间 54-60min ；目标铜厚；假设电镀效率 90-100% 。2.2 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(Coefficient of variance) 评估，CoV 定义如下： ，其中：图 4 铜厚 85 点测量法2.3 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
5、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 bottom shield ，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 side shield ，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3.1 板间距对铜厚水
6、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 7.04% 下降至 3.85% ，降低了 45.3% 。3.2 液位对铜厚垂直分布的影响图 7 中试验结果显示，液位越高，亦即在相同的夹板深度下，板浸入溶液越深，此时，板顶部铜厚有变厚的趋势，导致顶部平均铜厚偏离中值，液位深度 22mm
7、 时，CoV 为 9.55% ，液位深度 15mm 时，CoV 为 6.97% ，液位深度 5mm 时，CoV 为 5.31% ，因此，较低水平的液位保证了板顶部的铜厚均匀性，为便于监测，液位刚好盖过板顶部即可，值大约取 3-5mm ，可保证在液面均匀翻滚的情况下，顶部依然处于液面之下，图例参见图 8。3.3 底屏、边屏对铜厚垂直分布的影响在电场作用下，Cu2+ 由钛篮至板面形成定向移动，在阴极板面获得电子而析出沉积，场强强的地方电子移动更快，从而电流密度增大，那么该处单位时间会析出更多 Cu 原子。影响场强的因素包括阴阳极配置方式、溶液交换、光剂性能、外加电流密度大小等。不考虑溶液、光剂本身
8、的性能， 阴阳极的配置如间距、阳极面积、阴极屏蔽显得尤为重要，可以从如下试验数据看出，底屏的存在对板底部铜厚影响明显，当底屏高过板顶 23mm 时，最低测试点的铜厚低于均值达 33% ；而当底屏高度从 10mm 降至 8mm 时，最低测试点的铜厚有了约 4% 的升高。再看边屏对均匀性的影响，板底部的 3 个测试点，在边屏高度由43mm 升至 63mm 时，其测试铜厚均有了 3-4% 的降低。3.4CoV 提升基于 3.1-3.3 的试验结果，采用优化后的液位高度、板间距及底屏、边屏高度，发现CoV 较未优化前有不同程度的提高，详见下表。试验表明，底屏与板底部高度差越大，板底部铜厚越薄，优化后，
9、20 、24 寸长的板，其底屏高度设置在 6mm；16 寸长的板，底屏高度设置在 19mm ，可保证底部最低测试点附近铜厚与板面均值的差异最小，同时 CoV 在较高的水平。同样对于边屏设置，20 、24 寸长的板，边屏设置在 75-85mm，16 寸长的板，边屏设置在 88-98mm可较好的保证板底部 3 个测试点附近的铜厚分布。表 1 改善底屏、边屏前后 CoV 对比初始 cov 优化后 cov 铜缸 尺寸sideA sideB sideA sideBA 7.71% 7.04% 5.76% 5.44% B 610*457 7.05% 6.47% 5.35% 3.85% A 6.43% 6.8
10、9% 5.10% 5.73% B 508*406 6.92% 6.46% 5.77% 5.44% A 7.49% 5.90% 4.32% 5.48% B 406*508 7.81% 7.93% 4.62% 4.22% 四、结论通过将公司新引进的 VCP 线与传统垂直电镀线进行对比，在原理上梳理出可能影响镀铜均匀性的因素，并通过试验验证。发现液位高度、板间距、底屏、边屏高度在既定条件下对镀铜均匀性影响明显。后经优化对比，在 3-5mm 的液位高度、10mm 板间距下，对于20、24 寸板件，约 6mm 的底屏高度、80mm 的边屏高度可保证 CoV值在 6%以下，而对于16寸板件，底屏、边屏高度值分别在 19mm、93mm 处。Cov 可由优化前平均 7.0%降至优化后平均 5.1%。本文资料经作者授权：PCB 网城版权所有，转载请注明出处，抄袭必究。
