图形电镀边缘效应的研究

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图形电镀边缘效应的研究

文／广州兴森快捷电路科技有限公司　廉泽阳 陈蓓 李艳国

图形电镀生产中常存在铜厚、镍厚不均匀等问题，因整板高、低电流区差异造成板面与金属化孔壁镀层厚度差较大，部分孤立图形铜厚偏厚，给后续加工带来undercut、线宽公差过大等问题[1-4]。目前，对于图镀镀层厚度不均所产生原因分析与机理研究尚少，本文依据静电场原理，对电镀边缘效应产生的过程和影响因素进行研究，针对不同图形电荷分布提出不同模型。

全板电镀的电力线分布类似于电容器静电场分布，中间电力线趋于均匀平行，边缘电力线趋于密集。而图形电镀电力线分布则是根据图形分布情况重新分布，如图1、图2所示。

图形电镀电荷分布与电流密度、孤立距离和阴阳极距离有关。根据每个因素影响的不同，建立如图3、4、5所示模型：

【摘　要】本文以理论分析为基础，依据静电场原理，对电镀边缘效应产生的过程和影响因素进行了研究。根据不同图形的分布，建立了不同图形电荷分布模型。研究发现，边缘效应的宽度与阴阳极距离有关，且符合Ｘ／ｄ＝０．５（Ｘ为阴阳极距离，ｄ为边缘效应宽度）；边缘效应的高度与电流密度有关，电流密度越大，边缘效应高度越大。

【关键词】图形电镀；边缘效应；阴阳极距离；静电场原理；电力线

第一作者简介：廉泽阳，男，硕士研究生，广州兴森快捷电路科技有限公司技术中心研发工程师。

０引言

１　图形电镀边缘效应模型建立

图１　全板电镀电力线分布情况

图２　图形电镀电力线分布

１．１　电流密度的影响

随着电流增大，阴极表面e -逐步增多，e -与e -之间产生相互排斥的库仑力（F=kQq/r 2），使得边缘e -居多，而阴阳极之间的e -与e +的吸引力使之趋于平衡，最终电力线分布表现为边缘密集(如图3)。可见，边

缘效应的大小与电流密度有关。

2019年5月第3期

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由图8可以看出，随着孤立线和大铜面距离的变化，孤立线的的铜厚依次增加。当距离达到60mm 时，孤

图８　不同电流密度和不同距离条件下，孤立线与大

铜面铜厚比值趋势

２．１　电流密度对边缘效应的影响

分别采用电流密度为5、7、13ASF 对整板进行电镀，采用面铜测试仪对板面铜厚进行测量，剔除基铜值，整理结果如图6所示。(边缘效应极限值=边缘铜厚/平均铜厚，边缘效应极限值即边缘效应高度)。

不同电流密度的边缘效应极限值满足：y= 0.03533x+1.13683(y：边缘效应极限值=边缘铜厚/平均铜厚，x：电流密度/ASF)。实验结果表明，电流密１．３　阴阳极距离的影响

利用施瓦兹—克利斯多菲变换，可得出平行板电容器的静电场中的电势，进而得出边缘处的电荷分布、电场分布和电势分布。当阴阳距离较小时，部分吸引力可抵消表面排斥力以达到平衡，当阴阳极距离增大，吸引力减小，排斥力增大，边缘电荷分布增多，边缘效应增大(如图5所示)。进而可得X/d=0.5(X：边缘效应宽度 d：阴阳极距离)。

２模型验证与结果

图３　电荷分布情况

图４　图形电镀边缘效应产生过程

图５　不同阴阳极距离条件下电荷分布情况

图６　不同电流密度条件下边缘效应

　图７不同电流密度边缘效应极限值

１．２　孤立距离影响

当图形与图形之间距离较近时，图形内表面e -相互排斥，同时，图形与图形边缘e -因近距离而产生排斥力，使得接近图形边缘的电子数少于图形另一边缘电子数。随着距离再增大，达到各自孤立状态，图形与图形之间电荷不受排斥力影响，图形左右边缘电子数相等且平衡(如图4所示

)。

度越大，电流越大，阴极表面电荷越多，阴极边缘集中电荷越多，边缘效应越大。同时，边缘效应宽度(距

板边距离)为固定值10cm，如图7所示。

２．２　孤立距离的界定

为统一面铜厚度，分别采用不同电流密度进行电镀。采用金相显微镜对镀层厚度进行测量，结果统计如图8所示。

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Y 2019 NO.3本文依据静电场原理，对图形电镀边缘效应产生的过程和影响因素进行研究。研究结果表明，图形电镀边缘效应跟图形间距离、电流密度和阴阳极距离有关。边缘效应的宽度由阴阳极距离决定，符合X/d=0.5(X：边缘效应宽度，d：阴阳极距离)；边缘效应

立线铜厚和大铜面铜厚的比值趋于平缓。这是由于随着距离的增加，图形表面排斥力大于图形与图形边缘电荷排斥力，使得边缘铜厚越厚，当达到一定孤立距离时，图形与图形边缘电荷不发生排斥力作用，图形表面电荷达到平衡，铜厚不再增加。因此，可界定出，不同电流密度条件下，图形完全孤立的极限距离约为60mm。

２．３　阴阳极距离对边缘效应的影响

采用电镀参数为7ASF *150min 对不同阴阳极距离条件下的整板进行电镀，采用面铜测试仪对板面铜厚进行测量，剔除基铜值，整理结果如图9、10所示。本实验结果也符合X/d=0.5（X：边缘效应宽度，d：阴阳极距离)。因此，缩短阴阳极距离，可减小边缘效应宽度，从而有效提高图形电镀均匀性。

图９　两极２６ｃｍ距离下，边缘效应宽度和边缘效应高度趋势图

图１０　两极２０ｃｍ

距离下，边缘效应宽度和边缘效应高度趋势图

３　总结

的高度随电流密度的增加而增大，随距离的增加而增大。

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