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板面电镀均匀性研究
2008-8-15 17:00:13 资料来源: 作者:
摘要:电路板轻、薄、短、小的发展趋势要求在电路设计过程中线宽/间距越来越小。常规的4/4mil的线已不能满足高密布线的需要,3/3mil 线已成为一种趋势,而3/3mil 线的制作不仅对蚀刻工艺提出了很高的要求,对表面铜厚及其均匀性的要求也越来越高,因此对电镀板面镀层均匀性影响因素的研究显得非常重要。本实验从改变上板方式、夹具间链接方式等问题入手,对影响电镀均匀性的因素进行了研究,并根据实验结果对夹具进行更新设计,通过实验证明新夹具在改善电镀均匀性的合理性。 关键词:板面电镀;镀层;均匀性;夹具
1. 前言? 电镀均匀性直接影响着图形转移时蚀刻的均匀程度。3/3 线的制作已经成为一种瓶颈,如果电镀铜厚不均匀,会对蚀刻的均匀性产生很大的影响,从而造成线幼或间距过小。印制电路板的高可靠性也对线路的质量和线路的均匀性提出了很高的要求,因此对电镀均匀性的研究显得非常重要[1]。? 目前很多PCB 生产厂采用传统的单点夹具,上板时板和板之间存在或大或小的间距,每块板上夹具的数量也不相同,分配到每块板上的电流大小也不尽相同,从而导致电镀铜厚的差别很大。针对该问题,本实验从改变上板方式、夹具间链接方式等问题入手,对影响电镀均匀性的因素进行了研究,并根据实验结果对夹具进行更新设计,通过实验证明新夹具在改善电镀均匀性的合理性。
2. 实验部分? 本实验所用板材为双面板,板厚为1mm 左右,板面铜箔厚度为HOZ,裁成尺寸为16″×20″的样板。2.1 上板:? 本实验根据板间距离分成两组,一组为板与板之间留有或大或小的空隙,另一组为板和板之间不留空隙,两块板紧靠。在每组板中,又设计了四种不同的板间互连方式。一种为板间不互连,作为对照;一种用铜箔包住板的上端,实现板与板间互连,夹具加在铜箔上;一种是在板下角钻孔后用铜丝将板连在一起;最后一种是将夹具用铜丝连在一起。实验方案列于表1,各不同实验的上板方式和互连方式如图1 所示。
2.2 电镀:? 利用槽式垂直电镀线对上述8 组试板分别电镀,电镀参数为20ASF×48min,电镀过程中用钳表测各夹具上通过的电流。2.3 数据采集及切片分析:? 每Panel 取9 个切片,切片位置如图2 所示。每个切片X、Y 方向各读取5 个数据,这10 个数据的平均值作为该点的铜厚。不同位置的铜厚进行板内偏差分析(X、Y 分别分析),9 个切片的平均值作为整板铜厚,整个飞靶上的板作板间偏差分析。按纵向和横向将9 个位置的板厚分成3 组,分别统计各板板边和中心部位铜厚的差别。3. 结果与讨论3.1 常规上板方式表面铜厚结果:3.1.1 板间有间隙:? 方式一是最常用的上板方式,板和板之间会存在或大或小的间隙,电镀时夹具电流及相应铜厚数据如表2 所示:
? 从表2 中的数据可以发现,每个夹具上的电流差别很大,即流经每块板的电流存在很大差异,通过该板的电流越大,板面电镀铜也就越厚,这可以从电镀时板面和药水之间的离子交换进行探讨。在药水跟板面进行离子交换时,药水和板面之间会形成一个双电层,该双电层的存在就相当于在板面和药水之间形成了一个电容,该电容的大小跟双电层的厚度有关,当流经板面的电流逐渐增大时,板面对离子的吸引能力也逐渐增强,双电层厚度也就越来越薄,从而导致双电层电容增加,对电流增加的阻碍作用增强,因此板面电镀铜厚会随电流的增加而增加[2],但不存在线性关系。整个电镀体系可用图3 的等效电流来表示。在电镀过程中,影响电镀电流大小的主要因素有夹具和飞靶之间的接触电阻A、夹具电阻B、夹点和板面接触电阻C、板面电阻D、板和药液之间的电阻E 以及导线等其它电阻F。
? 在整个电路中,每一块板可认为是电流中的一个并联支路,在每一个支路中,飞靶、和夹具之间的接触电阻A 和夹具本身的电阻B 都趋于零,可认为是导体。但由于夹具夹点截面积很小,在夹头处还有包胶存在,夹具和板面之间的接触电阻C 不仅跟夹点的截面积有关,还跟夹具的夹紧程度、夹点截面的污染程度等有关,是一个无规律的变量,并且是影响板面电镀均匀性的主要因素。板面为铜箔,电阻D 很小,也可视为零,但板面与药水之间的接触电阻E 不仅跟电镀用电流有关,还跟电镀液的组成、搅拌方式、离子交换过程等因素有关,是一个复杂变量,是影响板电均匀性的主要因素,因此可以将图3 的等效电路简化成图4 所示等效电路。在电镀时,线路板接电源的负极,钛篮接电源的正极,因此在板和钛篮之间会形成一电场,结构如图5 所示。
? 通电以后,铜离子会在板和钛篮所形成的电场中发生定向移动,并在板面发生电子交换而沉积,在电场的中间部位可认为场强是均匀的,而电场两侧场强不均匀,结果如图6 所示。在常规上板时,由
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