《电镀技术最佳条件之研究分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电镀技术最佳条件之研究分析.docx（19页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、水平一次銅 電鍍最佳條件之研究 專題成員 指導老師：張忠樸 組長：張家銘 組員：廖建榮、廖炎煌、蔡美惠、郭芳清、吳星慧 1.前言: 隨著表面黏裝技術(Surface Mount Technology)的蓬勃發展，印刷電路板未來的趨勢必然走向細線、小孔、多層之高密度封裝型態。事實上，現今的電路板越趨精密，對於盲孔、小孔及薄板等要求越趨嚴格，然而製造此種高層次電路板其鍍銅製程也將面臨一些技術瓶頸，例如：如何使面板中央和邊緣得到均勻之鍍層，如何提高小孔孔壁之分佈力(Throwing Power)，如何改善鍍層之物性如延長性(Elongation)、抗拉強度(Tensile Strength)等都是未
2、來值得努力之課題。 2.選題理由: 水平式鍍銅於台灣電路板界已不是陌生的話題，大家都注視著水平鍍銅及脈衝鍍銅的發展對於盲孔、小孔及薄板等能有卓越的貢獻。 公司主要行銷導向多為增層之通訊市場，在鍍銅製程中首當其衝的技術瓶頸即為如何使面板中央和邊緣得到均勻之鍍層及如何提高小孔孔壁之分佈力(Throwing Power)。 因此希望能藉由學習 DOE 的機會進行諸項實驗，期能從各項實驗數據之分析，確定水平一次銅電鍍之最佳生產參數條件，改善不良率，降低報廢率並提昇製程能力，以因應更高層之技術挑戰。 3.品質問題現況分析: 3-1、主要品質問題：鍍層均勻性 月份規格XCaCpCpk101.7 0.3 m
3、il1.62 mil0.290.280.340.253-2、主要品質問題：分佈力(Throwing Power) 月份規格XCaCpCpk10100 30 %94.82%11.730.170.850.714.預期目標： 期望上述兩項主要品質問題，鍍層均勻性及分佈力(Throwing Power) ，其製程能力指標值 ( Cpk )能提昇至 1.0 以上。 5.缺點現象示意圖: 5-1、缺點名稱：鍍層均勻性不佳 5-1-1、缺點現象正視圖 5-1-2、缺點現象側視圖 5-2-1、缺點現象正視圖 5-2-2、缺點現象側視圖 6.樣本量測說明: 6-1、主要品質問題：鍍層均勻性針對鍍層均勻性的量測部
4、分，以 MRX 為量測基準，每一樣本量測 3PNL，每 1 PNL正反兩面各量測 9點，並以 mil 為量測單位，有效數據共 54 筆，合併計算每一樣本的標準差值。6-2、主要品質問題：分佈力(Throwing Power)針對分佈力(Throwing Power)的量測部分，以 500 倍放大鏡為量測基準 ，每一樣本量測 1 PNL，每 1 PNL 分別量測面銅及孔銅的最大值及最小值 ，並以 mil 為量測單位，有效數據共 4 筆，並以下述公式計算分佈力分佈力(Throwing Power) % =孔銅 (最大值 + 最小值)x 100 %面銅 (最大值 + 最小值) 7.特性要因分析(魚骨
5、圖) 針對如何提高鍍層均勻性及分佈力部份，將其所有可能形成之要因，合併歸納如下圖(特性要因分析)所示： 8.第一階段實驗配置及解析 8-1、計劃構想： 希望能找出顯著影響的要因，故初步即將所有可能影響的因子全數納入，以期達到多因子少水準方面之配置。 在此實驗中我們選擇 9 個在製程中可以加以控制，且為較大的影響因子(Factor)。並將每個影響因子的操作條件再分成兩種水準分別進行。 8-2、 2N 型直交配置 8-2-1、因子水準對照表 8-2-2、點線圖(採 L 16 2 15 方式配置) 8-3、直交配列表及實驗數據 均勻性分佈力Factor A B AB C AC BC GD D H I
6、 AI F J AG G DateDate NO. 1234567891011121314150.03181.311 1 11111111111110.04377.821 1 11111222222220.04494.431 1 12222111122220.15671.441 1 12222222211110.09581.551 2 21122112211220.03333.361 2 21122221122110.03652.07 12 22211112222110.101100.08 1 2 2221122111 1220.04473.99 2 1 21 2121 21 21 2 120
7、.03177.810 2 1 21 2122 12 12 1 210.07263.411 2 1 22 1211 21 22 1 210.08878.312 2 1 22 1212 12 11 2 120.09277.8132 2 11 2211 22 112 210.03463.614 2 2 1 1 2212 11 22 1 120.06281.815 2 2 1 2 1121 22 12 1 120.10243.816 2 2 1 2 1122 11 21 2 218-4、變異數分析 8-4-1、品質特性：鍍銅均勻性 8-4-1-1、合併後 ANOVA FACTORSiDFVF(%)F噴
8、盒流量0.00783210.00783221.8647038.07450C電流密度0.00416010.00416011.6138519.36840BC正反電流時間比與電流密度之交互作用0.00168110.0016814.692726.73859H硫酸濃度0.00126010.0012603.518154.59518I硫酸銅濃度0.00126010.0012603.518154.59518D槽液溫度0.00078410.0007842.188632.16905B正反電流時間比0.00013210.0001320.369191.15111A正反電流值比0.00001210.0000120.03
9、4201.76242e誤差項0.00250770.00035821.54530S t =0.019630 t =78.45460此處之 F 表示統計學上的 F檢定 F(1,7,0.05)=5.59 F(1,7,0.01)=12.1 顯著因子 (表)： C (電流密度) 非常顯著因子(表)： F (噴盒流量)8-4-1-2、貢獻率柏拉圖8-4-2、品質特性：分佈力(Throwing Power) 8-4-2-1、合併後 ANOVA FACTORSiDFVF(%)GAdditive濃度1415.6400011415.6400017.18644029.36350AI正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用
10、591.705601591.705607.18354111.21740J氯離子濃度500.640601500.640606.0779769.21186B正反電流時間比446.265601446.265605.4178428.01432AG正反電流值比與Additive濃度之交互作用409.050601409.050604.9660377.19471AC正反電流值比與電流密度之交互作用303.630601303.630603.6861964.87297F噴盒流量255.200601255.200603.0982373.80637I硫酸銅濃度124.880601124.880601.5161000
11、.93624A正反電流值比61.23062161.230620.7433640.46555C電流密度20.47562120.475620.2485821.36313e誤差項411.84810582.3696223.55380S t =4540.56900 t =76.44610此處之 F 表示統計學上的 F檢定 F(1.5,0.05)=6.61 F(1.5,0.01)=16.3 顯著因子 (表)： AI (正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用) 非常顯著因子(表)： G (Additive濃度) 8-4-2-2、貢獻率柏拉圖 8-5、Cross Table 因子ABCDFGHIJABACBCGD
12、AIAG特性質1.鍍銅均勻性C1F2 顯著性 貢獻率%19.3738.12.分佈力G2A2I2 顯著性 貢獻率%29.411.2綜合較佳條件A2C1F2G2I2 交互作用之解析 Throwing Power AI : A1 I1 = ( 81.3+94.4+33.3+100.0 ) / 4 = 77.250 A1 I2 = ( 77.8+71.4+81.5+52.0 ) / 4 = 70.675A2 I1 = ( 73.9+63.4+63.6+43.8 ) / 4 = 61.175 A2 I2 = ( 77.8+78.3+77.8+81.8 ) / 4 = 78.925 本特性屬於望大特性，是
13、故選擇 A2I2 結論 1.A2,C1,F2,G2,I2為經Cross Table 分析後之較佳之條件。 2.本次實驗之兩個多特性質經分析後，第二階段實驗中保留A,C,F,G四因子繼續作第二階段實驗，其餘因子視為常數項，以便找出最佳化操作條件。 9.第二階段實驗配置及解析 9-1、計劃構想：在實驗計劃法中，為對實驗的正確性做再次確認及肯定，同時亦想找尋 出較明確的操作條件，故必須做第二次實驗。而在此進一步的實驗中，因為因子的顯著性已十分明確，故選用因子已減少。且為確定良好的操作範圍，在此改以多水準方式配置，再以 ANOVA 進行解析。9-2、3N型直交配置9-2-1、因子水準對照表因子代號水準
14、交互作用123正反電流值比AA21A22A23電流密度CC11C12C13噴盒流量FF21F22F23Additive濃度GG21G22G239-2-2、點線圖(採 L 27 3 13 方式配置)9-2-3、實驗常數項因子設定條件B 正反電流時間比B1D 槽液溫度D2H 硫酸濃度HI 硫酸銅濃度IJ 氯離子濃度J9-3、直交配列表及實驗數據均勻性分佈力FactorAGAGAGCACACGCeeGCFeDateDateNo123456789101112130.04886.68111111111111110.04688.23211112222222220.07268.003111133333333
15、30.047115.38412221112223330.05780.96512222223331110.05676.00612223321112220.08186.67713331132232220.057100.00813332213313330.05670.00913333331121110.050118.751021231231231230.063110.531121232312312310.05584.001221233123123120.05586.671322311232313120.05989.471422312313121230.06687.501522313121232310
16、.182113.331623121232122310.02989.471723122313233120.08983.911823123121311230.07384.621931321321321320.094100.002031322132132130.08796.002131323213213210.04686.242232131322133210.05986.362332132133211320.06174.072432133211322130.055113.332533211322212130.06290.482633212133323210.07577.782733213211131
17、329-4、變異數分析9-4-1、品質特性：鍍銅均勻性9-4-1-1、ANOVA 結果FACTORSiDFVF(%)GCAdditive濃度與電流密度之交互作用0.00463340.0011582.1343412.57380AG正反電流時間比與Additive濃度之交互作用0.00332940.0008321.533745.91643AC正反電流時間比與電流密度之交互作用0.00288340.0007201.328083.63678F噴盒流量0.00193020.0009651.779024.61761GAdditive濃度0.00180420.0009021.662733.67309A正反電
18、流時間比0.00096820.0004840.892100.59799C電流密度0.00077720.0003880.716641.57045e誤差項0.00325660.00054267.71370 S t =0.019583 t =32.28620此處之 F 表示統計學上的 F檢定 F(2,6,0.05)=5.14 F(2,6,0.01)=10.9經 ANOVA 解析，鍍銅均勻性之品質特性並未出現顯著因子 (表)，因此，第二階段實驗配置之水準範圍都可以適用。9-4-1-2、貢獻率柏拉圖9-4-2、品質特性：分佈力 9-4-2-1、ANOVA 結果FACTORSiDFVF(%)C電流密度20
19、21.120021010.560004.9466331.22840AG正反電流時間比與Additive濃度之交互作用667.39974166.849900.816722.90045GCAdditive濃度與電流密度之交互作用378.4779494.619480.463158.49573A正反電流時間比371.27902185.639500.908690.72246F噴盒流量192.2531296.126580.470534.18949AC正反電流時間比與電流密度之交互作用154.9695438.742390.1896412.82420GAdditive濃度152.4124276.206200.
20、373024.96105e誤差項1225.75406204.2923034.67800 S t =5163.6660 t =65.32190此處之 F 表示統計學上的 F檢定F(2,6,0.05)=5.14 F(2,6,0.01)=10.9經 ANOVA 解析，分佈力(Throwing Power)之品質特性並未出現顯著因子 (表)，因此，第二階段實驗配置之水準範圍都可以適用。9-4-2-2、貢獻率柏拉圖9-5、第二階段實驗結果經 ANOVA 解析，鍍銅均勻性及分佈力(Throwing Power)，兩項主要品質特性並未出現顯著因子 (表)，代表第二階段實驗配置之水準範圍都可以適用。考慮生產營
21、運成本及產能效益下，決定採用之最佳操作條件如下表(操作條件對照表)所示：操作條件對照表實驗因子因子代號原始作業條件最佳作業條件正反電流值比AAxAy正反電流時間比BBxBx電流密度CCxCx槽液溫度DDx2Dy3噴盒流量FFxFxAdditive濃度GGx0.5Gy1.5硫酸濃度HHx10Hy40硫酸銅濃度IIx10Iy20氯離子濃度JJx10Jy20 10.再現性確認 10-1、再現性實施期間： 2000.01.02 2000.01.0910-2、再現性生產記錄： 生產批數： 16 批生產總數量： 3840 PNL10-3、改善成果對照表主要品質問題規格改善前改善後CaCpCpkCaCpCp
22、k鍍層均勻性1.7 0.3 mil0.280.340.250.0241.691.65分佈力(Throwing Power)100 30 %0.170.850.710.121.321.1610-4、製程能力改善方向圖 由製程能力改善方向圖，可明顯看出 鍍層均勻性 Cpk 由 0.25 提昇至1.65，分佈力(Throwing Power) Cpk 由 0.71 提昇至 1.16，二項主要品質 特性均落於安全區。 10-5、標準化修訂 經再現性確認採用之最佳操作條件可訂為製程最佳作業參數，並將 相關製程參數 修定規範。 11.結論 11-1、第一階段實驗結論11-1-1、在槽液濃度操作因子中，經
23、ANOVA 分析，硫酸濃度、硫酸銅濃度及氯離子濃度，皆非顯著因子，因此，每一因子之各項水準均可以使用，在此情形下，達到了降低成本又容易控制之目的。 11-1-2、在設備操作因子中，經 ANOVA 分析為非顯著因子者，考慮生產營運成本及產能效益下，選擇有利端的操作水準定為最佳作業條件，是故，正反電流時間比(B)選用Bx，槽液溫度選用Dy。 11-1-3、針對鍍銅均勻性之品質特性，由 ANOVA 分析得到噴盒流量(F)及電流密度(C)為顯著因子，其累積貢獻率為 57.44 %。針對鍍銅均勻性之品質特性，由 ANOVA 分析得到 Additive 濃度(G)及正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用(AI
24、)為顯著因子，其累積貢獻率為 40.58 %。為得到較明確的操作條件，且要追求產品品質要更好，則根據第一階段實驗結果中所顯示成果較佳之一端來作起點，再根據貢獻率來決定期望端，並巧設保險端，以進行第二階段實驗。11-2、第二階段實驗結論經 ANOVA 解析，鍍銅均勻性及分佈力(Throwing Power)，兩項主要品質特性並未出現顯著因子 (表)，代表第二階段實驗配置之水準範圍都可以適用。考慮生產營運成本及產能效益下，決定採用之最佳操作條件如操作條件對照表所示，並說明如下：A.電流密度(C)操作因子，在考量產能效益上，並經由再現性確認品質變異不大下，可由有利端Cz，提昇至期望端 Cx，產能效益
25、不會被降低。B. Additive濃度(G)操作因子，操作範圍擴大為 Gy1.5，達到容易控制的目的。然而，在考量生產成本上，以操作範圍偏下限 Gx0.5的控制模式作業。原控制點 Gy 降低為 Gz，則預估 cost down NTD$ 181,500.00。每年的 Running cost down NTD$12,390,440.00。 12.學理探討及心得分享 針對鍍銅均勻性之品質特性，由 ANOVA 分析得到噴盒流量(F)及電流密度(C)為顯著因子，我們可以大膽推測對於鍍銅均勻性部份主要需考慮設備設計的一次電流分佈(Primar Current Distribution)。根據電場基本理
26、論，一次電流分佈完成取決於鍍槽之幾何形狀。亦即陰陽極之距離、大小、形狀都會影響其電流分佈。對電路板板面而言，其邊緣部份等位面分佈較密集，故鍍層較厚而中央部份較薄。若要改善此種現象必須強調設計的概念。例如增加陰陽極的距離、加大陽極之面積、使用絕緣之屏蔽物(shield)來改變等位平面、採用輔助陽極(auxiliary anode)來改善低電流區域之電流分佈，使用輔助陰極(thief)來分散高電流區域之電流等都是可行的方法。針對鍍銅分佈力之品質特性，由 ANOVA 分析得到 Additive 濃度(G)及正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用(AI)為顯著因子。若就微觀探討電路板通孔，可由二次電流分佈(Secondary Current Distribution)及三次電流分佈(Tertiary Current Distribution)來說明，主要受槽液之電阻、電極極化、質量傳遞速率、銅離子的濃度等複雜因素影響。13.參考文獻13-1、電路板資訊第七期多層印刷電路板之鍍銅製程-萬海威13-2、電路板資訊第二十六期鍍層細部微結構之剖析-萬海威13-3、電路板資訊第三十七期添加劑對酸性鍍銅層之影響-江德馨13-4、電路板資訊第五十九期再談硫酸銅電鍍-楊新登
