PCB电镀均匀性改善方案

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 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。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、Dummy 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，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 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，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

铜缸尺寸

初始cov 优化后cov sideA sideB sideA sideB

A

610*457

7.71% 7.04% 5.76% 5.44%

B 7.05% 6.47% 5.35% 3.85%

A

508*406 6.43% 6.89% 5.10% 5.73%

B 6.92% 6.46% 5.77% 5.44% A

406*508

7.49% 5.90% 4.32% 5.48%

B 7.81% 7.93% 4.62% 4.22%

四、结论