苏培涛 李国有 （汕头超声印制板公司，广东汕头515041） 摘要：电镀铜流程是印制板制造过程中非常重要的一步，孔壁镀铜厚度是影响板件可靠性的重要因素之一，PCB制造厂家和客户都十分重视孔铜的控制。在电镀生产过程中，电流密度和电镀面积是决定孔铜厚度的两个关键参数，通过这两个参数，可以利用法拉第定律来理论计算电镀铜层的厚度。但在实际运用过程中，对于全板电镀使用拼板面积（板件尺寸长×宽）做为电镀面积，而对于图形电镀使用外层线路图形面积（拼板面积减去干膜覆盖面积）做为电镀面积，往往出现实际孔铜厚度与理论计算相差甚远，这是因为没有考虑到板件上孔对电镀面积的影响。板件厚度和孔数量对实际电镀面积影响很大，本文讨论了三种电镀面积的计算方法，确定了最合适的电镀面积计算方法，并在实际生产过程中进行验证。 关键词：全板电镀；图形电镀；电镀面积；计算方法 中图分类号：TN41文献标识码：A文章编号：1009-0096（2011）5-0023-03 在PCB电镀时，一般需要输入电流密度和电镀面积，在整流机的作用下达到客户对板件镀铜厚度（板面铜厚和孔壁铜厚）的要求。一般情况下，全板电镀时电镀面积直接用板件的长乘于宽得到，即拼板面积，图形电镀时电镀面积用拼板面积减去干膜覆盖面积得到[1]。因为板件上面有孔，这种电镀面积的计算方式显然是不合理的，用孔两端圆面积代替了孔内圆柱体的侧面面积，没有涉及板件的厚度、孔径大小和孔数量对电镀面积的影响[2]。很多时候造成理论计算和实际结果差别很大，需要经验估算或多次的试镀调整才能满足要求，不利于电镀生产的控制。另外，采用此方式得到的电镀面积与实际电镀面积不符合，导致实际电流密度与理论上的电流密度产生误差，可能超出了电镀有机添加剂要求的电流密度控制范围，容易影响电镀结晶和板件镀层的物理性能。 1·电镀面积计算方法讨论 下图以一个孔作为例子进行讨论：钻孔孔径为d，板件厚度为h。
1.1电镀面积的计算方法 （1）第一种以钻孔孔径的表面面积来代替孔壁内侧的面积，称为非展开孔面积，孔每面的计算公式为：
（2）第二种每面都完整的加上孔壁内侧面积，每面的计算公式为：S2＝πdh （3）第三种将孔壁内侧面积平均分配（即内侧面积的一半）到两面，称为展开孔电镀面积，每面的计算公式为：S3＝πdh/2从三种计算方法进行比较：在板件上，S1不是实际存在的面积，实际需电镀面积是孔壁内侧的面积，S1所代表面积与实际电镀面积不符合。根据板厚、孔径和孔数不同，产生的误差不等，一般情况下比实际电镀面积小；S2将孔壁内侧的面积完整的利用两次，这种“重复利用”使S2比实际电镀面积大；相比之下，S3是比较合理的计算方法，孔壁内侧面积平均分配到两面，没有“重复利用”，同时使用了实际的电镀面积，称为展开孔电镀面积。 1.2非展开孔面积与展开孔面积理论比较 因S1/S3＝d/2h 当S1/S3＜1时，d＜2h，当钻孔孔径小于板厚的2倍时，S1＜S3，即非展开孔面积小于展开孔面积。 当S1/S3≥1时，d≥2h，钻孔孔径大于或等于板厚的2倍时，S1≥S3，即非展开孔面积大于或等于展开孔面积。 以实际生产板件看，孔径小于板厚的孔远比大于板厚的多，S1＜S3的情况占绝大多数，S1≥S3几乎不存在，所以展开孔电镀面积一般比非展开孔电镀面积大。 1.3非展开孔面积与展开孔面积实际计算结果比较
从这些编号非展开孔和展开孔面积进行比较，可以得出如下规律： （1）展开孔电镀面积比非展开孔电镀面积大，这是因为板件上孔径小于1/2板厚的孔数量远远比大于1/2板厚的孔数量多； （2）展开孔电镀面积增加比例与板厚有关，板件越厚增加比例越大； （3）展开孔电镀面积与板件金属化孔数量有关，孔数越多，增加比例越大； （4）图形电镀增加比例远大于全板电镀，这是由于图形电镀板面面积需扣除干膜覆盖面积，因孔壁铜厚主要是在图形电镀完成，所以图形电镀使用展开孔电镀面积更有必要。 2·实际应用情况 展开孔电镀面积实际应用到生产线，通过理论计算，检测首板的孔铜厚度，取约半年的数据，以一周为一次统计单位，并取非展开孔电镀面积半年电镀首板孔铜厚度测试的数据，绘制成图表，统计出二种计算方法首板合格率变化趋势。展开孔电镀面积首板总数524单，平均合格率98.28%，非展开孔电镀面积首板总数328单，平均合格率95.16%，展开孔电镀面积比非展开孔电镀面积电镀首板合格率提高了3.12%。
从生产线实际跟进的情况看出，使用展开孔电镀面积，理论计算与实际镀层厚度更加符合，减少了使用非展开孔电镀面积时对经验的依赖，首板一次试镀合格率有明显提升。
3·存在问题讨论 与非展开孔电镀面积相比，使用展开孔电镀面积因数据增大，孔壁铜厚随输入的电流密度数据变化更加敏感，例如某一板件特点：板厚3.5 mm，最小孔径0.35 mm，金属化孔数33929个，外层最小线宽/间距0.1 mm/0.1 mm（4 mil/4 mil），图形电镀元件面非展开孔电镀面积8.07 dm2，展开孔电镀面积14.34 m2，根据法拉第定律，以该板件电镀，如果输入电流密度变化0.1 A/dm2，使用不同的电镀面积，电镀时间140 min，每拼板理论增加铜的质量分别是：非展开孔电镀面积： m1＝0.1ASD×M×n×S1/ZF＝0.1×63.5×8.07×140×60/2×96500＝2.23g 展开孔电镀面积： m2＝0.1ASD×M×n×S3/ZF＝0.1×63.5×14.34×140×60/2×96500＝3.96g 展开孔电镀面积比非展开孔电镀面积增加比例＝（3.96-2.23）/2.23＝77.58%，也就是说，输入电流密度数据增加0.1 A/dm2，铜厚增加量明显不同，展开孔电镀面积比非展开孔电镀面积厚度增加77.58%。对于此类板件较厚，孔数量较多，线宽间距较小的板件，输入电流密度的微小改变，有可能导致镀层过厚引起夹膜等问题的出现，所以有必要提高电流密度输入数据的精度（一般需要精确至0.01 A/dm2），特别是由使用非展开孔电镀面积转换为展开孔电镀面积时，传统的做法和观念需要改变。 4·结论 传统的孔口圆的面积代替孔壁内侧面积作为电镀面积使用，因板件特点不同，存在与实际电镀面积不符，理论计算和实际应用偏离较大，不利于电镀孔铜的精确控制；使用孔壁内侧面积向孔两端平均分配的展开孔电镀面积，理论计算和实际生产更加接近，有利于电镀孔壁厚度的控制，对于线宽间距小、板件较厚且金属化孔数量较多的板件，通过提高输入电流密度的精度来进行控制，首板的试镀合格率明显提高，有效提升孔壁铜厚的品质保证性，减少存在如夹膜、孔铜不足、孔径超差等问题，同时也可以避免质量过剩导致的成本浪费。 参考文献 [1]王忠民。印制电路板铜箔面积菲林扫描计算法[J].电子工艺技术，2000（21）：242-243. [2]林丽。电镀面积计算法[J].印制电路信息，2000（4）：22-24. 作者简介 苏培涛，高级工程师，湿制程主任兼环保主任，曾在国内外发表技术论文多篇。 李国有，硕士，工艺工程师，现从事湿制程工艺控制工作。 注：本站部分资料需要安装PDF阅读器才能查看，如果你不能浏览文章全文，请检查你是否已安装PDF阅读器！ |
