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标题: PCB线镀层均匀性改善 [打印本页]

作者: zxpcb2012 时间: 2014-8-22 09:03 标题: PCB线镀层均匀性改善

　　摘要：以新引进的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PCB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PCB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PCB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 Plating 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。操作者在上板区进行挂具上板后，PCB板依次进入除油、水洗、预浸段，然后进入镀铜段，完成电镀后，PCB板经过水洗、风干至出PCB板；而挂具进入褪镀段，褪镀完毕至上板区待用。
　　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PCB板件水平方向均匀性有着显着影响，如图2 中所示，一飞巴中，PCB板件夹板间距、Dummy PCB板使用、端PCB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PCB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PCB板；厚度0.3；底铜HOZ ；镀铜液温度25±1℃；电流密度18-20ASF ；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；镀层均匀性统计方法采用CoV(Coefficient of variance) 评估.
　　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PCB板垂直的摆动影响更小，这点对于薄PCB板加工更为有利。VCP 线顶部未设阳极挡PCB板，槽内液位相对平稳，因此对于PCB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PCB板底部电力线分布，从而改善铜厚分布。VCP 的底屏、边屏设置。底屏即bottom shield ，通过调整H 型的底屏顶部与PCB板底部的间距，优化PCB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PCB板底部的间距，优化PCB板底从50mm-200mm 间的电力线分布。
　　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PCB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 PCB板间距对铜厚水平分布的影响
　　PCB板间距同时影响着相邻两块PCB板PCB板边的铜厚分布。理想情况，PCB板间距越小越好，那么铜缸中所有的PCB板可被视作一整块PCB板，PCB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PCB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PCB板间距可有效保证水平铜厚分布。当我们将PCB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
　　液位越高，亦即在相同的夹板深度下，PCB板浸入溶液越深，此时，PCB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 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PCB板顶部的铜厚均匀性，为便于监测，液位刚好盖过PCB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。
　　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PCB板面形成定向移动，在阴极PCB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PCB板底部铜厚影响明显，当底屏高过PCB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，PCB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、PCB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PCB板底部高度差越大，PCB板底部铜厚越薄，优化后，20 、24 寸长的PCB板，其底屏高度设置在6mm；16 寸长的PCB板，底屏高度设置在19mm ，可保证底部最低测试点附近铜厚与PCB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PCB板，边屏设置在75-85mm，16 寸长的PCB板，边屏设置在88-98mm可较好的保证PCB板底部3 个测试点附近的铜厚分布。
　　四、结论
　　通过将新引进的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、PCB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 PCB板间距下，对于20、24 寸PCB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PCB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%。

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