电镀均匀性改善
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% 。