高性价比电镀

2009年4月29日 18:05:09           来 源：PCB007

关键词：电镀  印制线路板

自从法拉第时代以来，电镀业的物理学一直没有改变，但是印制线路板工业的电镀药水和设备经历了不停地演变。早些年印制线路板工厂中，因为使用碱式焦磷酸盐电镀铜工艺所以总是弥漫着氨水的气味。这种工艺已经被酸式电镀铜工艺所取代，这种工艺最开始的时候是使用染料型添加剂，但是现在也渐渐地被非染料型添加剂所取代。

电镀是资本密集型制程，它经常成为一个制造工厂的瓶颈所在。因此对流程进行优化并获取最高的生产率就显得特别重要。在十九世纪七八十年代，垂直挂具式设备加上单一的添加剂系统就能够应付所有的板面设计，而且只需要根据板面设计的复杂程度调节电镀时间和电流密度参数即可。但是现在我们对不同的板面设计进行电镀铜流程优化，就需要考虑很多的电镀铜流程工艺参数和条件。

电镀中的不同步骤中允许我们针对不同的板面设计采取最合适的方案。板面设计和电镀流程的有效配合将带来更高的效率、更好的性能表现和更低的成本。

如果只加工一种印制线路板的板面设计，电镀流程能够对此采用特定的最优化参数，但是如果有多种不同类型的板面设计，就需要对更多的电镀参数进行考虑。

                

特定的终端市场要求将影响最小的铜厚、铜面的分布性以及电、热、机械性能,这些也将影响流程的选择。

                 

现今电镀体系中，流程供应商能提供比以前更多的选择方案，选择对应于市场、设计和客户需求的最佳方案将极大地影响生产成本和产品的性能。

         

相对于垂直挂具式设备而言，水平或垂直连续式设备中阳极和阴极距离靠近，可以改善镀铜表面的分布性。此外，因为每块板都有着相同的电镀过程，所以改善板与板之间的一致性。但是，为了减少设备的尺寸和成本，一般要求使用比较高的电流密度，但是在这种情况下，为了达到要求所需的深度能力，所以经常需要采用脉冲电镀整流器和相应的添加剂，而这又会增加成本和复杂性。

在另一方面，在处理不同设计的板料和电镀参数需求的时候，垂直挂具式系统有更好的灵活性，因为在同一条垂直挂具式线上可以有几种不同的电镀溶液。所以如果产品设计中包括10%高纵横比的板，80%常规的多层板，以及10%的高密度互连填孔板，则3种不同的电镀溶液会被使用到，这时可以使用垂直挂具式线根据不同的要求进行分区操作。

另外一个需要作出的决定涉及选择板电还是图电，或是否使用半板电以平衡板电和图电相比的“优势”。相对于图电而言，板电能有更好的铜面分布性，但是会降低精细线路蚀刻的产率和产能。

另外还要考虑到终端用户对印制线路板的需求，以及将来新扩张的电镀产能的影响。此外还需要考虑到的因素包括填微孔的使用会越来越多、最小的线间距会越来越小、耐热可靠性以及阻抗和信号完整性要求会越来越高。因为汽车、军事和航空业的要求和消费性电子产品的要求完全不一样，所以目标客户的变化也必须考虑进来。

设计电镀铜流程

在优化电镀铜流程的最初阶段是先收集关于产品和性能要求的相关信息，具体如下：

板的数量

板的加工批次大小

最小和最大的板厚

板的生产流程

最小的孔径和孔中间的铜厚

填微孔的尺寸

填孔尺寸

最小的表面形体尺寸

焊盘的平整度

热、机械性能要求

阻抗控制要求

对上述问题的答案应与现时及未来客户的需求相结合，而这有助于选择最佳的设备供应商和电镀产品，以满足所有的需要。

如果通过以上的分析发现板的设计和客户需求经常变化，可以考虑采用两种或更多的电镀体系来优化生产效率，控制成本并满足客户需求。

另外详细地考虑板的设计的大体类别将对流程设计有帮助。

                               

尽管多层板可以采用不同的电镀流程，但是对于最终使用而言，镀铜的物理性能是决定可靠性的关键性因素。如果电镀过程中不加以优化，在系统组装及使用中积累的应力可能会导致过早损坏，而铜厚不够的位置一般会更早出现问题。虽然这种缺陷多由钻孔不良导致，但是未经优化的电镀过程会使这种瑕疵显得更严重，譬如。

深镀能力不佳

电镀平整度不佳

添加剂比例失调导致的过薄转角

没有经过优化的脉冲整流电镀

老化或被污染的槽液

电解液在开始的时候会有很好的性能表现，但是它会随着污染和副产物的产生而逐步下降直至失效，所以有必要使用碳芯过滤、碳处理和更换槽液等方法保持槽液的性能，减少因为深度能力不够、表面分布不均、延展性不够好而带来的巨大损失。

                                     

“厚板”一般来说都是相对的。对于电镀过程中一般使用0.8mm-1.6mm板料的客户而言，2.4mm的板料就算是厚板，但是对于其他客户而言，最高厚度为12mm的通信系统背板才算是厚板。这种超厚的通信系统背板看起来更像是一扇门而不是印制线路板，在生产过程中需要特殊的电镀处理设备和电解液来达到其特殊的要求。

其他2.4mm-4.8mm厚度的板，一般通过最新的脉冲电镀添加剂和垂直挂具式电镀体系，采用图镀的方法可以达到优良的深度能力和分布性，而且在此种电镀体系中生成的等轴型铜结晶能够满足终端用户的可靠性要求。

厚的背板一般与压合型连接器一起使用，其对通孔的电镀厚度和均匀性均有着很严格的要求，所以通常要求使用低电流密度和较长的电镀时间来实现最佳的电镀效果。这种尺寸特别，而且比较厚重的板对操作和夹具也有专门的要求，因为很容易从架上摔下来而造成严重的损害。

                                

HDI板的应用已经从消耗电子设备扩展到市场的各个方面，填镀微孔的需求在未来的几年也将不断快速地发展，这些都将为板材生产商带来了机遇和挑战。HDI板一般要求在同一块板上进行多种金属化流程，这种复杂的生产流程很容易成为生产领域的瓶颈，尤其是铜金属化流程更容易成为其中的瓶颈。填孔过程中要求使用相对较低的电流密度和铜含量较高的专门的电解液来完成，而且这种电解液要能够适应于常规的电镀设备。现在最好的填孔流程能够很好地适用于板电和图电，并且能同时提供很好的通孔深度能力和填孔能力。

随着微孔的密度越来越高，直径越来越小，设备的设计和溶液的循环在保证长期良好的填孔性能的过程中扮演着越来越重要的角色。

水平和垂直线中使用不溶性阳极的好处

在电镀过程中使用可溶性阳极的传统做法使槽液的管理相对比较简单，因为消耗掉的金属离子可以直接从溶解下来的阳极身上得到补充。近些年来，在电镀铜的过程中使用不溶性阳极的使用越来越普遍，电解液中消耗掉的铜需要通过添加氧化铜等方式来加以补充。

使用不溶性阳极会使槽液的管理更复杂，为什么反而越来越多的公司会青睐这种方式呢？

最早换用不溶性阳极的是水平电镀铜单元，这种改变极大地减少了因为停线进行阳极维护而带来的损失，并且增加了产率，而且避免了铜阳极中的颗粒可能带来表面粗糙等的问题，另外稳定的阳极外形可以保持最佳的铜分布，并且允许在生产中使用更高的电流密度。

水平过程中使用不溶性阳极可以带来这么多好处，那么垂直线设备是否也应该考虑使用不溶性阳极呢？

越来越多的垂直线流程已经成功地改用不溶性阳极表明，这种做法带来的技术和商业收益已经超过了其安装和运行的成本。

垂直线中采用不溶性阳极的好处和水平线中采用不溶性阳极的好处类似

稳定的阳极面积提供更好的铜面分布

减少阳极维护

增加设备正常运行时间/生产能力

减少因为铜阳极的颗粒可能带来的表面粗糙的潜在风险

另外还可以减少副产物的生成从而提高槽液的性能和使用寿命

铜厚过度的影响

无论选择哪种电镀铜流程，过度的铜厚都会影响运行成本及性能，具体如下：

             工厂的产能成本

             工厂的运行成本

             铜金属和添加剂的物料成本

             降低精细线路蚀刻和剥膜流程的生产能力

             增加干膜的厚度

             增加锡掩膜的使用量

由于近些年来铜价的动荡更加剧了对流程的影响。铜在近几年里的价格从2美元/kg变化到9美元/kg，极大地影响了印制线路板的成本，也促使大家追求更高的生产效率和选择最佳的与铜相关的工艺流程

                          

所以在满足终端客户的需求的情况下尽可能地减少镀铜的厚度以降低成本和优化工厂的利用率

总结

为了实现既能满足终端客户的性能要求又最划算的电镀流程，需要考虑很多的因素。虽然通过仔细分析现在和将来生产上的需求来选择合理优化的电镀流程和相应设备的做法耗时耗力，这些努力会带来低成本、高产出、高效率及更高可靠性等实实在在的回报。