PCB电镀均匀性改善方案

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 Plating 的缩写，意为垂

2、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

3、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18-20ASF ；镀铜时间54-60min ；目标铜厚

4、；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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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 sideAsideBsideAsideBA 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