图形电镀工艺中夹膜问题改善

2019-09-20王一雄

印制电路信息 2019年9期

关键词：镀铜电镀面积

李成王一雄

（深圳市迅捷兴科技股份有限公司，广东深圳 518100）

1 图形电镀铜夹膜问题

随着电子产品的多功能化、小型化、轻量化的发展，精细线路的设计成为PCB生产的必然趋势。图形电镀是PCB制造加厚铜的主要方式，夹膜是此工艺流程的顽疾之一。

如图1所示，PCB加工在图形电镀过程中，金属层的厚度平齐干膜后摆脱了干膜的束缚，向上生长的同时也向侧面生长而“夹”住干膜。表层图镀锡厚一般为4 μm～6 μm，表层图镀铜厚一般为20 μm～30 μm，铜的影响度要高于锡的影响度。

图1 夹膜纵向观察示意图

产生图形电镀夹膜的原因大同小异，公司深圳工厂以样板为主，板子复杂多样且量小，收集两年来夹膜案例，以龙门线镀铜/锡均匀性差、板子图形难度大、操作失误占比最大。

2 改善对策

2.1 龙门线镀铜/锡均匀性差

小尺寸板夹膜报废是多数样板厂的特色，主要是龙门线制作入槽尺寸≤457.2 mm（18 in）时，浮架区域镀铜严重偏厚，调整设备设施适应各种尺寸板制作即可改善。调整电镀铜锡的均匀性有助于改善电镀夹膜，此点本篇不多描述。

2.2 板子图形难度大

夹膜板的图形间距一般小于0.075 mm，线与线、孔环与线、pad与pad等都会发生夹膜，图形难度越大，夹膜几率越高，难度图形有以下三类。

2.2.1 图形分布不均匀

图形主要分为大铜皮、密集线、密集孔及孔环、孤立线、孤立孔及孔环、孤立盘（pad）。以图2为例，相同面积内图形有效镀铜面积的差异越大则图形难度越大；镀铜面积差异相同时，对比的面积越大，图形难度越大，孤立区镀铜越厚，大铜皮区镀铜越薄，通俗来讲图形越孤立镀铜越厚。

解决此类问题多数情况下都是工程先卡关，将难度大的板更改为负片流程、在全板电镀以后增加镀孔流程适当减少图形电镀的铜厚或在孤立区域添加分流图形进行分电流。若部分板未识别下到产线，操作人员需要辨识出来进行长时间低电流作业或返回前工序用镀孔流程制作，暂时没有更好的解决办法。

图2 图形分布不均时电流分布示意图

2.2.2 图形残铜率低

工程提供的受镀面积包含板内有效图形面积、引线面积、板边面积和阻流pad面积，后两者属于额外面积，一般情况下板边和阻流pad残铜率50%～100%。当有效图形面积残铜率很低时，正常制作时会出现镀铜偏厚的问题。类似板的有效图形残铜率低，可以视作图形分布均匀，降低图形电镀参数同步降低铜厚和锡厚即可解决，为方便管制，将单面残铜率低于30%时将额外面积单独列出来，ERP系统显示有额外面积的需减20%～50%额外面积，有效图形残铜率越低，额外面积减的比率越大。残铜率30%以上的板，会综合残铜率、孔铜要求和图形分布来设置电流密度。

2.2.3 图形的正反两面残铜率差异大。

待图镀的板两面导通，虽然电镀时两面分别有对应的整流机输入电流，但电镀过程中仍会有电流通过板侧边或则板内孔透到另一面，当正反两面残铜率差异很大时，残铜率低的一面镀铜会偏厚。用均匀分布的直线与直角折线绘出电流分布状态可做参考（见图3）。

图3 正反两面残铜率差异大时电流分布示意图

类似板正反两面的电流出现分流不均，所以当正反面的受镀面积比值≥2∶1时（用较大值除以较小值），面积小的一面减去25%～100%的受镀面积，面积大的一面加上减去的面积，悬殊越大增减的越多，比值≥5∶1时面积小的一面不输入面积，面积大的一面面积为两面之和。

2.3 操作失误

操作失误并非单纯的输错电流参数，更多的是未辨别图形、减错面积和配板不当。深圳厂主打样板，70%的板夹不满一条飞靶，配板准则和电镀参数选用由工艺人员编入标准作业指导书，生产一线员工根据文件要求选择参数。能参照规范执行的确可以减少配板的夹膜报废，但实际执行起来较难，样板厂的“快”和实际生产的“找”、“配”、“算”相互矛盾，所以需要用“信息化”来解决此问题。

图4所示为图镀工序开发的图镀智能配卡软件，大致描述如下：在思方平台建立新程序，在后台编辑并输入规则（如何减面积、如何用参数等），LOT卡上设计条形码，扫码后显示数据并将信息传递并生成图形电镀的生产资料，残铜率相近可以配的板集中显示减少员工找板耗时，电流密度直接显示需员工参考文件内容做选择。电镀面积直接增减并运算成实际需要的面积不需员工运算。

图4 图镀智能配卡软件示意图

2.4 优化项

（1）夹膜报废需要两个过程，一是金属层“夹”住干膜，二是干膜没有被褪掉。从“渗透、膨涨、裂解、破碎”的褪膜机理及褪完膜后的膜碎状态来看，传统的氢氧化钠褪膜效果逊于水溶性有机去膜液，导入去膜液提升褪膜能力理论上会减少夹膜发生率。

（2）镀锡参数优化。氢氧化钠褪膜会溶锡，去膜液对锡的攻击小，经过实验测试导入去膜液，将平均镀锡参数从1.1 A/dm2×700 s调整为0.9 A/dm2×600 s，平均锡厚减薄约2 μm。物料成本可以节约，理论上会减少夹膜发生率。

（3）镀铜参数优化。图形电镀以满足孔铜为主，深镀能力直接影响表层图镀铜厚度，而电镀铜光剂对深镀能力起决定性的作用。经过一系列实验，用陶氏101系列光剂明显优于125T系列光剂，将平均镀铜参数1.3 A/dm2×80 min调整为1.2 A/dm2×80 min，平均铜厚减薄约2 μm，理论上也会减少夹膜发生率。