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張虹1球，石彩燕2，肖心萍1
（1．秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北秦皇島066100;2．中國石油大連石化公司，遼寧大連116025）
摘要：利用Minitab軟件的田口設(shè)計方法對印刷線路板盲孔鍍銅的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，鍍液成分為：Cu2+30～45 g/L，H2S04 180～260 g/L，Cl- 60～80 mg/L，光亮劑8～15 mL/L。得出盲孔孔徑及4個鍍銅缸噴壓的最佳值。在最佳條件下，銅厚和凹陷值均符合要求，從而省卻了填孔后的減銅工序，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。
關(guān)鍵詞：印刷線路板；盲孔；電鍍；優(yōu)化；凹陷
中圖分類號：TQ153.14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1004 - 227X (2012) 03 - 0004 - 04
1前言
目前PCB（印刷線路板）填孔鍍大多要經(jīng)過鍍前處理、化學(xué)鍍銅和電鍍銅來完成[1]。一般PCB廠商電鍍盲孔的生產(chǎn)流程是：激光鉆孔——水平電鍍——垂直電鍍填孔——減薄銅。電鍍填孔使用專屬填孔藥水，通過低電流、長時間的鍍銅再搭配噴壓調(diào)整將盲孔填充平整。其優(yōu)點(diǎn)是：盲孔內(nèi)用電鍍銅填滿，避免了表面凹陷，有利于更精細(xì)線路的設(shè)計和制作；避免了樹脂、導(dǎo)電膠填孔造成的缺陷，以及因?yàn)椴牧喜煌斐傻臏囟扰蛎浵禂?shù)不一的現(xiàn)象，導(dǎo)電性更好，同時提高了板件散熱性能[2]。
在填孔電鍍中，Dimple（凹陷）值是衡量填孔電鍍品質(zhì)的首要指標(biāo)。盲孔鍍銅時，Dimple值越小越好（一般以小于15 μm為標(biāo)準(zhǔn)）。在其他參數(shù)不變的情況下，
Dimple值隨孔徑增大而增大?？讖竭^小，填孔有缺陷；孔徑過大，Dimple值會大于15 μm。在微小盲孔的電鍍和填孔鍍銅中，除了添加劑起了主要作用外，攪拌的模式和程度對填孔鍍銅的效果起著重要的影響。一般PCB廠商的電鍍藥水均由供應(yīng)商直接提供，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，除了控制電鍍添加劑的類型與含量外，最重要的是控制鍍銅液的流動速度，同時還要根據(jù)盲孔的厚徑比和孔徑作調(diào)整，以得到最佳效果。
電鍍銅添加劑中各組分的功能和作用原理在很多文獻(xiàn)中都有詳盡的描述，電鍍的效果取決于它們的協(xié)同效果。電鍍盲孔的影響因素很多，而且各生產(chǎn)廠家的設(shè)備、工藝又不盡相同，實(shí)際生產(chǎn)中不同基材PCB的工藝參數(shù)一般都需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)來加以確定。為達(dá)到將盲孔填滿的效果，一般通過增加鍍銅層厚度來滿足需求，填孔后又通過減薄銅來降低面銅的厚度，
以達(dá)到面銅規(guī)格[3]。整個填孔過程中大約有20%左右的生產(chǎn)成本（包括電鍍藥水、銅、水電等）損耗在減薄銅的過程中。本文嘗試通過優(yōu)化填孔參數(shù)，以期在保證填孔質(zhì)量的前提下降低鍍銅厚度，取消填孔后的減銅工序。
2實(shí)驗(yàn)
電鍍板材質(zhì)為1067PP。電鍍液組成為：Cu2+30～45 g/L, H2S04 180～260 g/L, Cl- 60～80 mg/L，酸性鍍銅光亮劑8～15 mL/L。
在控制電鍍藥水、添加劑、電流密度等參數(shù)不變的情況下，通過正交試驗(yàn)及Minitab軟件對PCB電鍍盲孔的2個工藝參數(shù)——盲孔孔徑和銅缸噴壓，進(jìn)行量化分析。樣品切片后，利用金相顯微鏡觀察孔內(nèi)切片情形，并測量填孔后的Dimple值，如圖1所示。
3結(jié)果與討論
3.1工藝參數(shù)的選取
生產(chǎn)實(shí)踐中，盲孔孔徑通常在2.5～5.5 mil(1 mil≈25.4 μm)之間。實(shí)驗(yàn)證明，孔徑在3.5～5.0 mil之間是合格的。由于孔徑越小越有利于PCB的布線，因此激光鉆孔時選擇3.5 mil和4.0 mil兩個孔徑進(jìn)行試驗(yàn)。填孔過程中工件依次浸入4個銅缸中電鍍，填孔藥水的極限噴壓為0.2 bar和1.2 bar(1 bar=0.1 MPa)。其余條件為：線速0.5 m/min，電流密度22 ASF(1A/dm2=9.29 ASF)。
3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計及分析
2種盲孔孔徑和4個銅缸的不同噴射壓力組成一個二水平五因素的試驗(yàn)，采用25+3正交試驗(yàn)設(shè)計[4]尋找最佳參數(shù)組合。整理數(shù)據(jù)后做成統(tǒng)計表，再利用Minitab軟件，采用田口方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計分析，最后求出最佳過程參數(shù)解。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是單一的且沒有重復(fù)，因此可初步利用效應(yīng)柏拉圖（見圖2）進(jìn)行顯著因子篩選，挑選重要效應(yīng)，然后進(jìn)行模型縮減[5]。標(biāo)準(zhǔn)化效
應(yīng)柏拉圖如圖3所示。
Dimple值(μm)的效應(yīng)和系數(shù)的估計（已編碼單位）如下：
(1)線框部分P值=0.067 >0.05，是有意義的，因此納入模型分析。
(2)修正的擬合優(yōu)度R-Sq(adj)= 95.85%，說明此模型能充分解釋Dimple的變異。
從殘差圖（圖4）分析可知，殘差符合正態(tài)性并且沒有明顯規(guī)律性，故該模型是合適的。
最佳過程參數(shù)的解如圖5所示，最終得出孔徑最佳為3.5 mil，4個銅缸噴壓分別為0.8 bar、0.6 bar、0.4 bar和0.3 bar。
3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果測試
3. 3.1 切片測試
按照上述工藝參數(shù)在該廠小批量生產(chǎn)樣品中進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，并統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。整個實(shí)驗(yàn)利用固定的設(shè)備，通過固定的人員進(jìn)行切片和測量，確認(rèn)盲孔銅厚和Dimple值均符合規(guī)格，且銅厚均在面銅規(guī)格內(nèi)。
3.3.2 熱應(yīng)力試驗(yàn)
試樣置于150 ℃烤箱中，4h后取出，待其冷卻至室溫。然后置于(288±5) ℃的錫爐中，完全浸入錫液(10±1)s，取出冷卻后再次浸錫。經(jīng)6次浸錫后取出試樣，待其冷卻，清洗干凈后做孔切片，利用金相顯微鏡觀察孔內(nèi)切片情形。圖6是熱應(yīng)力試驗(yàn)樣品孔切片照片。從中可以看出，無爆板、孔破、孔銅斷裂、分層與分離等現(xiàn)象，說明熱應(yīng)力測試合格。
實(shí)踐表明，按以上方法進(jìn)行電鍍填孔參數(shù)優(yōu)化是可行的。與傳統(tǒng)填孔鍍銅工藝相比，新的鍍銅工藝可減少減薄銅工序，即新的工藝流程為：激光鉆孔——水平電鍍——垂直電鍍填孔。此外，對于不同設(shè)備、不同材質(zhì)的PCB電鍍填盲孔，均可參照上述方法優(yōu)化工藝
參數(shù)。生產(chǎn)實(shí)踐中采用新工藝可降低電鍍填孔成本（包括電解溶液、銅、水電等）約15%，并縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，量產(chǎn)后5個月內(nèi)的合格率僅下降了0.7%。
4結(jié)論
通過正交試驗(yàn)及Minitab軟件優(yōu)化了PCB盲孔電鍍工藝參數(shù)。結(jié)果顯示，最佳孔徑為3.5 mil，1～4號，銅缸的噴壓分別為0.8、0.6、0.4和0.3 bar。優(yōu)化后的工藝流程為“激光鉆孔——水平電鍍——垂直電鍍填孔”，比傳統(tǒng)工藝減少了減薄銅工序。新工藝降低了電鍍填孔成本，并縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期。
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