前言

PCB產(chǎn)品中，有一類典型的難度較大的生產(chǎn)板，此類生產(chǎn)板的特點是板厚/孔徑比大（9:1至12:1），線寬/間距小（75 μm/75 μm），鍍銅厚度要求嚴格（所有孔壁鍍銅最薄25 μm），圖形分布不均勻（孤立線、孤立光標點），此類型生產(chǎn)板通過傳統(tǒng)直流全板電鍍無法滿足孔壁銅厚要求，即使孔壁勉強達到鍍銅要求，表面鍍銅過厚也讓后序DES和阻焊工序難以接受，而直流圖形電鍍因為長時間，低電流密度而影響電鍍效率，這時脈沖圖形電鍍的優(yōu)勢得到了淋漓盡致的發(fā)揮，本文從脈沖電鍍的原理出發(fā)，闡述脈沖圖形電鍍的優(yōu)勢。但同時在公司的脈沖生產(chǎn)線的實際加工過程中，發(fā)現(xiàn)了一些直流電鍍不存在的問題，比如，板面色差、深鍍能力異常等，經(jīng)過我們的分析、排查及試驗跟蹤，最終發(fā)現(xiàn)脈沖光亮劑和載體的含量對產(chǎn)品品質(zhì)影響非常之大，最后通過試驗、對比、跟蹤尋找到合理的光亮劑和載體控制范圍，解決了上述的異常問題。

2 脈沖電鍍原理

2.1 脈沖電流

脈沖電鍍?yōu)殚g斷電流電鍍，間斷電流是指某一時間出現(xiàn)正向電流而另一時間出現(xiàn)反向電流，這是由專用的脈沖整流機提供電流輸出，我們公司正反向電流設(shè)定分別為20 ms和1 ms,整個電鍍過程一直是以21 ms為循環(huán)進行的，如圖1.

2.2 脈沖光亮劑和載體的作用機理

我們公司采用DOW提供的脈沖專用光亮劑和載體，具體如下。

2.3.1 載體（Carrier）

此類有機物為聚醚類，含有-CH2-CH2-O-結(jié)構(gòu)，為長鏈有機分子，在氯離子的協(xié)助下均勻的將光亮劑分布在陰極的凹陷等各處，故稱為載體[1].載體同時也能增加極化電阻，對銅的沉積進行抑制，緩沖孔角等引起的電流集中，提高均鍍能力的效果[2],所以又被稱為抑制劑，另外載體還能降低槽液的表面張力，增加潤濕效果，又稱為濕潤劑。

2.3.2 光亮劑（Brightener）

光亮劑由于其在電極界面上具有選擇性吸附特點，影響電極和雙電層的性質(zhì)，從而影響金屬電沉積過程，改變沉積層形態(tài)和性質(zhì)，達到我們預期的鍍層[3],光亮劑為含硫有機分子，在槽液中被吸附在待鍍件表面上，在酸性鍍銅中具有“去極化”作用，減少極化電阻，提高鍍銅速度，因此也被稱為加速劑。

2.3 電流與光劑相互作用

在脈沖反向電流期間，光亮劑在陰極高電流區(qū)解吸多，引起載體（Carrier）富集，在低電位解吸少，引起光亮劑（Brightener）富集（圖2），實際效果就是將高電流區(qū)的電鍍速度減慢了。正向電流期間，光亮劑吸附到陰極表面，低電位區(qū)因富集光亮劑吸附更快，孔內(nèi)等低電流區(qū)電鍍速度加快了。

在正反向電流及光亮劑的共同作用下，板面呈現(xiàn)了半啞色至全啞色，孔壁及孔邊緣呈現(xiàn)半光亮至全光亮，最終達到了高低電位鍍銅厚度相對均衡的理想效果。

3 脈沖圖形電鍍優(yōu)勢

3.1 降低高電位區(qū)銅厚

用脈沖電鍍做圖形電鍍，可以改善普通電鍍高低電位差異的問題，會使孤立圖形區(qū)域鍍銅厚度等于或小于大面積鍍區(qū)的銅厚，有效解決夾膜問題導致的報廢。

3.2 高深鍍能力

對于板厚/孔徑比9:1至12:1的板，經(jīng)調(diào)整正反向電流比及電流密度可以使孔內(nèi)的深鍍能力達到100%~120%.

3.3 降低后序難度

較薄的表面鍍銅，降低了蝕刻的加工難度，提高了蝕刻的加工精度，同時減少了阻焊涂層的厚度，降低了成本，提高了合格率。

3.4 提高產(chǎn)能

電鍍時間短，提高電鍍產(chǎn)能，脈沖電鍍鍍銅時間在（55~65）min,而普通電鍍鍍銅時間在（72~90）min之間，若圖形分布不均則時間更長。脈沖電鍍較普通電鍍鍍銅時間可降低（20~30）min.提高20%左右的電鍍效率。

4 脈沖圖形電鍍的異常問題

4.1 異常描述

實際加工過程中主要遇到了兩個比較奇怪的、不定期出現(xiàn)的問題。

（1）色差問題，所謂色差就是指同樣加工出來的生產(chǎn)板在脫錫之后板面呈現(xiàn)不一致的顏色，并且在經(jīng)過超粗化處理后，差異更加明顯，為了解決這類問題需要增加烘板和刷板工序進行返工處理，增加了加工周期和生產(chǎn)成本，板面顏色主要有三種狀況（第三種較少，見圖3）；

（2）深鍍能力異常（圖4），加工過程的取樣時發(fā)現(xiàn)部分生產(chǎn)板的深鍍能力不足或是深鍍能力過強，曾經(jīng)因為這類問題遭到了銅薄和孔壁鍍厚孔徑超下差的客戶反饋。

4.2 魚骨圖分析（圖5）

4.3 問題排查

4.3.1 色差問題的排查

從脈沖電鍍原理可知，加工后的生產(chǎn)板板面顏色應(yīng)為半啞色至全啞色，板面光亮和發(fā)紅均屬于制程異常的信號，對不同顏色的位置進行銅厚測試發(fā)現(xiàn)，鍍銅厚度的關(guān)系如下：發(fā)紅位置銅厚>光亮位置銅厚>亞光位置銅厚，結(jié)合魚骨圖（圖5）的分析，我們對以下項目進行確認、排查。

（1）電流輸出確認

對生產(chǎn)線所有整流機的正負極使用專用示波器測試電流及波形，所有整流器電流的輸出均符合正反時間設(shè)定、正反電流設(shè)定。

（2）電鍍參數(shù)確認（2.0 A/dm 2/正反電流比1:2/65 min/正向電流時間20 ms/反向電流時間1 ms）。

（3）槽液組分

對每組銅槽槽液進行CuSO4、H2SO4、Cl離子含量進行分析對比，并且按照同一個標準進行調(diào)整后上板。

（4）光亮劑

每組槽液的光亮劑含量進行分析，不做調(diào)整。

（5）工裝

100%檢查上板夾具，不良立即更換。

以上工作完成后，上板前對每PNLS生產(chǎn)板進行標號，標號內(nèi)容為槽位編號、夾具編號、生產(chǎn)板位置編號，SES加工后100%進行板面狀況統(tǒng)計。

通過表1統(tǒng)計，非常明顯的看出，板面顏色狀態(tài)是以整組銅槽為單位出現(xiàn)，因此排除了電流輸出、電鍍參數(shù)、工裝的影響，可以確認為槽液影響為其主要因素，因為CuSO4、H2SO4、Cl離子含量已經(jīng)按同一標準調(diào)整，因此確認為光亮劑含量的不同影響了板面顏色形成，具體為載體含量超過17 ml/L 以上時板面呈光亮顏色，光亮劑含量低于0.3 ml/L時板面呈微紅顏色，應(yīng)為光亮劑含量過低導致板面輕微燒傷所致。

4.3.2 深鍍能力異常問題的排查

從脈沖電鍍原理可知，鍍孔深鍍能力可以達到100%左右，孔壁鍍銅過薄或過厚都屬于異常情況，結(jié)合魚骨圖的分析，我們對以下項目進行確認、排查。

（1）電流輸出確認

對生產(chǎn)線所有整流機的正負極使用專用示波器測試電流及波形，有兩個槽位的整流機陰極輸出電流異常，電流值、正反比、波形均不符合要求，最后發(fā)現(xiàn)問題為A/B面整流機輸出電流不同步，導致孔內(nèi)鍍銅過厚，修復后加工生產(chǎn)板恢復正常，但是深鍍能力不足問題仍然存在。

（2）電鍍參數(shù)確認

2.0A/dm2/正反電流比1:2/65 min/正向電流時間20 ms/反向電流時間1 ms.

（3）槽液組分

對每組銅槽槽液進行CuSO4、H2SO4、Cl離子含量進行分析對比，并且按照同一個標準進行調(diào)整后上板。

（4）光亮劑

每組槽液的光亮劑含量進行分析，不做調(diào)整。

（5）工裝

100%檢查上板夾具，不良立即更換。

以上工作完成后，上板前對架次薄點生產(chǎn)板進行標號，標號內(nèi)容為槽位編號、夾具編號，電鍍后100%.

通過表2統(tǒng)計，非常明顯的看出，深鍍能力差異是以整組銅槽為單位出現(xiàn)，因此排除了電流輸出、電鍍參數(shù)、陽極的影響，可以確認為槽液影響為其主要因素，因為CuSO4、H2SO4、Cl離子含量已經(jīng)按同一標準調(diào)整，因此確認為光亮劑含量的不同影響了深鍍能力，從數(shù)據(jù)來看趨勢為光亮劑偏高和載體含量偏低時深鍍能力相對較強。

5 制定試驗方案

經(jīng)過上述排查及確認，板面色差及深鍍能力異常均與光亮劑和載體含量存在直接的關(guān)系，因此確定光亮劑和載體含量與板面色差和深鍍能力的關(guān)系變成了唯一需要確認的項目。

5.1 光亮劑含量與色差關(guān)系試驗（表3）

試驗方法：將銅槽光亮劑和載體按各種條件組合觀察生產(chǎn)板板面狀態(tài)。

光亮劑控制在（0.4~0.7）ml/L之間，載體控制在（14~17）ml/L之間，板面顏色狀態(tài)最好。

5.2 光亮劑含量與深鍍能力關(guān)系（圖6）

光亮劑含量與深鍍能力之間呈先上升后下降趨勢，最佳范圍（0.4~0.6）ml/L;載體含量與深鍍能力之間也呈先上升后下降趨勢，最佳范圍（15~18）ml/L.

綜合以上試驗數(shù)據(jù)可以看到，板面顏色與深鍍能力最佳狀態(tài)時候，光亮劑和載體含量幾乎重疊在一個范圍內(nèi)（表4、表5）。

6 效果驗證

按照上述試驗結(jié)論，我們將光亮劑和載體的含量進行調(diào)整，將光亮劑控制在（0.4~0.6）ml/L之間，載體控制在（15~17）ml/L之間，經(jīng)過長期跟蹤確認，已經(jīng)徹底解決了色差、深鍍能力不良、夾膜、燒焦等異常問題，因此光亮劑的控制范圍是合理的。

7 總結(jié)

7.1 脈沖電鍍光亮劑和載體的控制

脈沖圖形電鍍工藝猶如一把雙刃劍，如果不能合理的控制各項指標，就會出現(xiàn)各種異常狀況，實際上板面色差和深鍍能力不足本質(zhì)上是一個原因造成，都是光亮劑和載體的含量控制范圍不合適，因為光亮劑和載體的分布與比例不恰當，導致了高低電位鍍銅速度的控制失去平衡，扼制了脈沖電鍍應(yīng)有的效果，再加上圖形分布的影響使得光亮劑失調(diào)的效果得到了放大，最終體現(xiàn)為色差、夾膜、深鍍能力不足、燒焦等各種異常，因此脈沖圖形電鍍需要更加嚴格的對光亮劑和載體進行準確的控制，這樣才能充分發(fā)揮脈沖效果， DOW系列光亮劑和載體應(yīng)用在脈沖圖形電鍍工藝上的控制范圍如下：

光亮劑的控制范圍：（0.4~0.5~0.6）（ml/L）載體的控制范圍：（15~16~17）（ml/L）7.2 異常問題的分析

脈沖圖形電鍍出現(xiàn)的色差、夾膜、銅薄等異常與脈沖電流輸出、電鍍參數(shù)設(shè)定、槽液各組分含量、光亮劑含量等各個方面均有很大關(guān)系，本文之所以重點講述光亮劑的影響，原因為其它各項的監(jiān)控非常嚴格、準確、到位，唯有光亮劑的控制比較粗略，另外脈沖光亮劑的測試誤差在某種程度上誤導我們的判斷，以至于異常問題無規(guī)律的出現(xiàn)。每個廠家都有各自的特點，因此需要仔細排查找到異常的主要原因，有針對性的去試驗才能快速有效的解決問題。

7.3 光亮劑和載體測試注意事項

在跟蹤光亮劑和載體含量過程中，發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果經(jīng)常有很大的波動性，這對判斷光亮劑的效果產(chǎn)生了誤導，究其原因為脈沖圖形電鍍光亮劑的分析結(jié)果受槽液有機污染的影響非常大，與下述因素有直接的關(guān)系：

（1）測試光亮劑的鉑金電極老化狀況；

（2）銅槽槽液是否按時進行碳處理；

（3）銅槽內(nèi)銅球掉落狀況；

（4）活性炭過濾芯的質(zhì)量、過濾效果及是否定期更換；

（5）停產(chǎn)后要按要求空鍍處理。