基于6 sigma的镀铜均匀性改善研究.pdf
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1、2023春季国际PCB技术/信息论坛188电镀涂覆 Electroplating and coating基于6 sigma的镀铜均匀性改善研究 Paper Code:S-020 巫中山 许伟廉 黄李海 冯 冲 韩志伟(博敏电子股份有限公司,广东 梅州 514000)摘 要 伴随着电子技术的飞速发展,作为电子元件之母的PCB结构也朝着高密度、高集成、细线路、小孔径不断高速前进。PCB电镀工序作为精细线路制作前制程工序,铜厚均匀性直接影响精细线路制程的良率。对于75 m及以下线宽/线距铜厚极差超出8 m则会给线路蚀刻带来局部蚀刻不净及线幼并存的风险。本文研究6 sigma质量管理在电镀镀铜均匀性工
2、艺参数优化的运用。通过收集电镀制程不同参数,在拟合回归模型中分析不同因子贡献率,得出阳极浮架参数设定为主要影响因子。并设计DOE因子实验表,通过实验验证并优化阳极浮架设定参数来改善镀铜均匀性。最终镀铜20 m铜厚极差可控制在5 m内,实际产品验证亦可达到预期改善目标。关键词 精细线路;铜厚均匀性 6 sigma;极差 中图分类号:TN41 文献标识码:A 文章编号:1009-0096(2023)增刊-0188-08 Study on uniformity improvement of copper plating based on 6 sigmaWu Zhongshan Xu Weilian
3、Huang Lihai Feng chong Han Zhiwei Abstract With the rapid development of electronic technology,PCB structure,as the mother of electronic components,is also moving towards high density,high integration,fine line and small aperture.PCB electroplating process is a pre-fabrication process of fine circui
4、t,and the uniformity of copper thickness directly affects the yield of fine circuit.If the line width/line space of 75m or less exceeds 8m,it will bring the risk of local etching and line thinness.This paper studied the application of 6 sigma quality management in the optimization of the process par
5、ameters of copper plating uniformity.By collecting different parameters in the plating process and analyzing the contribution rates of different factors in the fitting regression model,it concluded that the anode floating frame parameters were set as the main influencing factors,and the DOE factor e
6、xperiment table was designed.Through the experimental verification and optimization of anode floating setup parameters to improve the uniformity of copper plating.The final copper plating thickness range of 20m can be controlled within 5m,the actual product verification can also achieve the expected
7、 improvement goal.Key words Fine Line;Copper Thickness Uniformity;6 Sigma;Range0 前言铜厚均匀性一直以来都是PCB电镀的关键管控要点。特别是在于精细线路蚀刻时,铜厚不均将会直接影响同一块工作板不同位置线宽的差异性,容易出现局部蚀刻不净及局部线宽不足品质异常。如果单元内在有信号线时,很难满足不同单元同一组信号线线宽一致性,对最终产品质量造成无法预判的品质隐患。同时铜厚的极差过大,电镀时不得不将整1892023春季国际PCB技术/信息论坛电镀涂覆 Electroplating and coating体平均值提高才能满足
8、最低点面铜厚度达到品质要求,造成电镀铜浪费,成本增加。6sigma是一种改善企业质量流程管理的一种技术,本文通过对制程质量有影响的参数进行收集、统计分析并系统地自动删减无贡献率或者贡献率不高的因子。针对关键影响因子设计DOE实验,通过试验数据分析、优化后得出最终参数解,运用优化后参数进行实验板或对应结构产品验证。1 电镀铜基本原理双面板或多层板的通孔或盲孔经过化学镀之后(即沉铜),需要通过全板电镀铜或图形电镀铜来增厚表铜及孔铜,使层间达到可靠的互连。在直流电镀中,PCB工作板作电路阴极,两边不可溶性阳极钛网为阳极,通过施加直流电源,镀液中铜离子由阳极通向阴极,使阴极得到电子还原成铜金属附在PC
9、B板上。酸性硫酸铜电镀根据Cu2含量和H2SO4含量不同,可分为高酸低铜和高铜低酸两大体系,本文主要研究对象为高铜低酸体系。药液管控如下表1.表1 药液管控含有硫酸铜、硫酸的镀液,在直流电压作用下,发生如下反应:阴极:Cu2+2eCu Cu20.34 V Cu2+eCu+Cu+eCu Cu+/Cu0.51 V阳极:Cu2eCu2 2 缺陷定义整板镀铜厚度2030 m。研究对象为长边尺寸544 mm工作板。铜厚测量方式用CMI700铜厚测量仪单面测9个点,测两面。板边测量点距离工艺边5 mm(图1),整板铜厚极差大于5 m为判定不合格。图1表1 药液管控 药液 管控范围 CUSO4.5H2O H
10、2SO4(50%)Cl 添加剂A添加剂B 添加剂C (23015)g/l(223.5)ml/l(7010)ppm(155)ml/l(1.51)ml/l(125)ml/l 544 mm 2023春季国际PCB技术/信息论坛190电镀涂覆 Electroplating and coating3 测量系统分析取10个铜厚不相同的样品,两个操作员对每个样品同一位置分别测2次,数据通过交叉量具R&R研究,操作员对测量不显著,部件间、部件与操作员二次项显著,如下方差分析表(表2)表2 方差分析使用方差分量(VarComp)和贡献百分比评估每个测量误差源的变异性(表3),部件间变异的贡献百分比为 99.96
11、%,测量系统可以准确区分各个部件。表3 方差分量使用研究变异百分比可以将测量系统变异与总体变异进行比较。研究变异百分比使用过程变异,过程变异等于 6 乘以过程标准差。根据 AIAG 的原则,如果测量系统的变异小于过程变异的 10%,则测量系统是可以接受的。通过量具评估(表4)研究变异1.98%,可区分类别数71,说明量具可用。4 实验过程研究分析明确改善目标(铜厚极差5 m),需要对研究对象整个流程进行梳理。研究对象分为结果(“Y”)及影响因子(“X”)。前期我们并不知道不同因子对镀铜极差的影响有多大的贡献度,所以在实验数据收集阶段我们需要把过程中产生的数据要收集完整,具体数据表如下表5实验数
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