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【簡(jiǎn)介】
蘇培濤 李國(guó)有
（汕頭超聲印制板公司，廣東汕頭515041）
摘要：電鍍銅流程是印制板制造過(guò)程中非常重要的一步，孔壁鍍銅厚度是影響板件可靠性的重要因素之一，PCB制造廠家和客戶都十分重視孔銅的控制。在電鍍生產(chǎn)過(guò)程中，電流密度和電鍍面積是決定孔銅厚度的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)這兩個(gè)參數(shù)，可以利用法拉第定律來(lái)理論計(jì)算電鍍銅層的厚度。但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，對(duì)于全板電鍍使用拼板面積（板件尺寸長(zhǎng)×寬）做為電鍍面積，而對(duì)于圖形電鍍使用外層線路圖形面積（拼板面積減去干膜覆蓋面積）做為電鍍面積，往往出現(xiàn)實(shí)際孔銅厚度與理論計(jì)算相差甚遠(yuǎn)，這是因?yàn)闆](méi)有考慮到板件上孔對(duì)電鍍面積的影響。板件厚度和孔數(shù)量對(duì)實(shí)際電鍍面積影響很大，本文討論了三種電鍍面積的計(jì)算方法，確定了最合適的電鍍面積計(jì)算方法，并在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：全板電鍍；圖形電鍍；電鍍面積；計(jì)算方法
中圖分類號(hào)：TN41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-0096（2011）5-0023-03
在PCB電鍍時(shí)，一般需要輸入電流密度和電鍍面積，在整流機(jī)的作用下達(dá)到客戶對(duì)板件鍍銅厚度（板面銅厚和孔壁銅厚）的要求。一般情況下，全板電鍍時(shí)電鍍面積直接用板件的長(zhǎng)乘于寬得到，即拼板面積，圖形電鍍時(shí)電鍍面積用拼板面積減去干膜覆蓋面積得到[1]。因?yàn)榘寮厦嬗锌祝@種電鍍面積的計(jì)算方式顯然是不合理的，用孔兩端圓面積代替了孔內(nèi)圓柱體的側(cè)面面積，沒(méi)有涉及板件的厚度、孔徑大小和孔數(shù)量對(duì)電鍍面積的影響[2]。很多時(shí)候造成理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)果差別很大，需要經(jīng)驗(yàn)估算或多次的試鍍調(diào)整才能滿足要求，不利于電鍍生產(chǎn)的控制。另外，采用此方式得到的電鍍面積與實(shí)際電鍍面積不符合，導(dǎo)致實(shí)際電流密度與理論上的電流密度產(chǎn)生誤差，可能超出了電鍍有機(jī)添加劑要求的電流密度控制范圍，容易影響電鍍結(jié)晶和板件鍍層的物理性能。
1·電鍍面積計(jì)算方法討論
下圖以一個(gè)孔作為例子進(jìn)行討論：鉆孔孔徑為d，板件厚度為h。
1.1電鍍面積的計(jì)算方法
（1）第一種以鉆孔孔徑的表面面積來(lái)代替孔壁內(nèi)側(cè)的面積，稱為非展開(kāi)孔面積，孔每面的計(jì)算公式為：
（2）第二種每面都完整的加上孔壁內(nèi)側(cè)面積，每面的計(jì)算公式為：S2＝πdh
（3）第三種將孔壁內(nèi)側(cè)面積平均分配（即內(nèi)側(cè)面積的一半）到兩面，稱為展開(kāi)孔電鍍面積，每面的計(jì)算公式為：S3＝πdh/2從三種計(jì)算方法進(jìn)行比較：在板件上，S1不是實(shí)際存在的面積，實(shí)際需電鍍面積是孔壁內(nèi)側(cè)的面積，S1所代表面積與實(shí)際電鍍面積不符合。根據(jù)板厚、孔徑和孔數(shù)不同，產(chǎn)生的誤差不等，一般情況下比實(shí)際電鍍面積小；S2將孔壁內(nèi)側(cè)的面積完整的利用兩次，這種“重復(fù)利用”使S2比實(shí)際電鍍面積大；相比之下，S3是比較合理的計(jì)算方法，孔壁內(nèi)側(cè)面積平均分配到兩面，沒(méi)有“重復(fù)利用”，同時(shí)使用了實(shí)際的電鍍面積，稱為展開(kāi)孔電鍍面積。
1.2非展開(kāi)孔面積與展開(kāi)孔面積理論比較
因S1/S3＝d/2h
當(dāng)S1/S3＜1時(shí)，d＜2h，當(dāng)鉆孔孔徑小于板厚的2倍時(shí)，S1＜S3，即非展開(kāi)孔面積小于展開(kāi)孔面積。
當(dāng)S1/S3≥1時(shí)，d≥2h，鉆孔孔徑大于或等于板厚的2倍時(shí)，S1≥S3，即非展開(kāi)孔面積大于或等于展開(kāi)孔面積。
以實(shí)際生產(chǎn)板件看，孔徑小于板厚的孔遠(yuǎn)比大于板厚的多，S1＜S3的情況占絕大多數(shù)，S1≥S3幾乎不存在，所以展開(kāi)孔電鍍面積一般比非展開(kāi)孔電鍍面積大。
1.3非展開(kāi)孔面積與展開(kāi)孔面積實(shí)際計(jì)算結(jié)果比較
從這些編號(hào)非展開(kāi)孔和展開(kāi)孔面積進(jìn)行比較，可以得出如下規(guī)律：
（1）展開(kāi)孔電鍍面積比非展開(kāi)孔電鍍面積大，這是因?yàn)榘寮峡讖叫∮?/2板厚的孔數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比大于1/2板厚的孔數(shù)量多；
（2）展開(kāi)孔電鍍面積增加比例與板厚有關(guān)，板件越厚增加比例越大；
（3）展開(kāi)孔電鍍面積與板件金屬化孔數(shù)量有關(guān)，孔數(shù)越多，增加比例越大；
（4）圖形電鍍?cè)黾颖壤h(yuǎn)大于全板電鍍，這是由于圖形電鍍板面面積需扣除干膜覆蓋面積，因孔壁銅厚主要是在圖形電鍍完成，所以圖形電鍍使用展開(kāi)孔電鍍面積更有必要。
2·實(shí)際應(yīng)用情況
展開(kāi)孔電鍍面積實(shí)際應(yīng)用到生產(chǎn)線，通過(guò)理論計(jì)算，檢測(cè)首板的孔銅厚度，取約半年的數(shù)據(jù)，以一周為一次統(tǒng)計(jì)單位，并取非展開(kāi)孔電鍍面積半年電鍍首板孔銅厚度測(cè)試的數(shù)據(jù)，繪制成圖表，統(tǒng)計(jì)出二種計(jì)算方法首板合格率變化趨勢(shì)。展開(kāi)孔電鍍面積首板總數(shù)524單，平均合格率98.28%，非展開(kāi)孔電鍍面積首板總數(shù)328單，平均合格率95.16%，展開(kāi)孔電鍍面積比非展開(kāi)孔電鍍面積電鍍首板合格率提高了3.12%。
從生產(chǎn)線實(shí)際跟進(jìn)的情況看出，使用展開(kāi)孔電鍍面積，理論計(jì)算與實(shí)際鍍層厚度更加符合，減少了使用非展開(kāi)孔電鍍面積時(shí)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，首板一次試鍍合格率有明顯提升。
3·存在問(wèn)題討論
與非展開(kāi)孔電鍍面積相比，使用展開(kāi)孔電鍍面積因數(shù)據(jù)增大，孔壁銅厚隨輸入的電流密度數(shù)據(jù)變化更加敏感，例如某一板件特點(diǎn)：板厚3.5 mm，最小孔徑0.35 mm，金屬化孔數(shù)33929個(gè)，外層最小線寬/間距0.1 mm/0.1 mm（4 mil/4 mil），圖形電鍍?cè)娣钦归_(kāi)孔電鍍面積8.07 dm2，展開(kāi)孔電鍍面積14.34 m2，根據(jù)法拉第定律，以該板件電鍍，如果輸入電流密度變化0.1 A/dm2，使用不同的電鍍面積，電鍍時(shí)間140 min，每拼板理論增加銅的質(zhì)量分別是：非展開(kāi)孔電鍍面積：
m1＝0.1ASD×M×n×S1/ZF＝0.1×63.5×8.07×140×60/2×96500＝2.23g
展開(kāi)孔電鍍面積：
m2＝0.1ASD×M×n×S3/ZF＝0.1×63.5×14.34×140×60/2×96500＝3.96g
展開(kāi)孔電鍍面積比非展開(kāi)孔電鍍面積增加比例＝（3.96-2.23）/2.23＝77.58%，也就是說(shuō)，輸入電流密度數(shù)據(jù)增加0.1 A/dm2，銅厚增加量明顯不同，展開(kāi)孔電鍍面積比非展開(kāi)孔電鍍面積厚度增加77.58%。對(duì)于此類板件較厚，孔數(shù)量較多，線寬間距較小的板件，輸入電流密度的微小改變，有可能導(dǎo)致鍍層過(guò)厚引起夾膜等問(wèn)題的出現(xiàn)，所以有必要提高電流密度輸入數(shù)據(jù)的精度（一般需要精確至0.01 A/dm2），特別是由使用非展開(kāi)孔電鍍面積轉(zhuǎn)換為展開(kāi)孔電鍍面積時(shí)，傳統(tǒng)的做法和觀念需要改變。
4·結(jié)論
傳統(tǒng)的孔口圓的面積代替孔壁內(nèi)側(cè)面積作為電鍍面積使用，因板件特點(diǎn)不同，存在與實(shí)際電鍍面積不符，理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用偏離較大，不利于電鍍孔銅的精確控制；使用孔壁內(nèi)側(cè)面積向孔兩端平均分配的展開(kāi)孔電鍍面積，理論計(jì)算和實(shí)際生產(chǎn)更加接近，有利于電鍍孔壁厚度的控制，對(duì)于線寬間距小、板件較厚且金屬化孔數(shù)量較多的板件，通過(guò)提高輸入電流密度的精度來(lái)進(jìn)行控制，首板的試鍍合格率明顯提高，有效提升孔壁銅厚的品質(zhì)保證性，減少存在如夾膜、孔銅不足、孔徑超差等問(wèn)題，同時(shí)也可以避免質(zhì)量過(guò)剩導(dǎo)致的成本浪費(fèi)。
參考文獻(xiàn)
[1]王忠民。印制電路板銅箔面積菲林掃描計(jì)算法[J].電子工藝技術(shù)，2000（21）：242-243.
[2]林麗。電鍍面積計(jì)算法[J].印制電路信息，2000（4）：22-24.
作者簡(jiǎn)介
蘇培濤，高級(jí)工程師，濕制程主任兼環(huán)保主任，曾在國(guó)內(nèi)外發(fā)表技術(shù)論文多篇。
李國(guó)有，碩士，工藝工程師，現(xiàn)從事濕制程工藝控制工作。
