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1、电铸边缘效应实验结果及分析1.1前言 - 1 - 加工技术具有极其古老的历史，它伴随着人类的诞生而出现，伴随着人类的进步而发展。一方面，由于人类社会在发展中不断发明新的产品、新的材料，对加工技术不断提出新的需求，因而促成新的加工原理和方法不断诞生和成长，使得加工技术生机勃勃，持续发展。近些年来，工业的迅速发展使得各种精密异型、复杂微细的金属零部件的需求大幅增加，电铸作为一种紧密制造技术受到了高度的重视。电铸是以与制品形状对应的凸模(或凹摸)为阴极(芯模)，在表面通过电沉积获得沉积面，与芯模分离后即形成与芯模轮廓相符的且表面光洁的型腔(或型面)。其原理是一种利用金属离子阴极电沉积原理制取产品的工
2、艺技术，它具有极高的制造精度。电铸属于交叉学科，涉及到材料、电化学和工程等领域，电子、电化学、材料等领域内心的进展又对电铸技术的发展起到了推动作用。作为一种制造技术，电铸工艺所具有的高复制精度和简单性等优点是其他制造技术无法比拟的，因此电铸技术是一种强大的、用途广泛的工业制造技术。随着在宇航、核工业、微机械等高科技领域内的种种成功应用，电铸工艺技术已成为世界制造业所瞩目的对象，目前电铸工艺技术的研究向着两个方向日渐深入发展：一方面是研究电铸新型的材料和工艺装备；另一方面是谈说复制特型零件的工艺方法，并不断取得新的成果。 1.2电铸的发展史电铸工艺从发明至今已有较长的历史。1838年俄国的耶可夫
3、教授首先发明了电铸铜,1842年德国Bottger教授发明了电铸镍,1869年在俄国财政部印刷所里又诞生了电铸铁。由此可见,当代应用最广泛的三种电铸金属的发明,迄今已有一百多年的历史。电铸属于交叉学科的技术,涉及到材料、电化学和工程等领域,这些领域内的理论进展又对电铸技术的发展起到了推动作用。作为一种制造技术,电铸所具有的高复制精度、高重复精度和工艺简单等优点是其他制造技术无法比拟的,因此电铸是一种用途广泛的工业制造技术。 电铸工艺的早期应用局限于复制艺术品和印刷制版。近几十年来,电铸在工业中的应用日渐广泛,主要用来制取各种难以用机械加工方法制得的或是加工成本很高的零件。近几年来,工业的迅速发
4、展使得对各种精密异型、复杂微细的金属零部件的需求大幅增加,加上各种相关模具的制造要求,电铸作为一种精密制造技术已受到高度重视;另一方面,电子、电化学、材料等领域的技术进步使电铸技术发生了很大的变化,工艺水平大大提高,应用范围日益广。目前对电铸工艺技术的研究向三个方面日渐深入发展:一是研究新型的电铸材料和工艺装备;二是探索复制特型零件的工艺方法;三是研究微细电铸进行精密和超精密加工。在研究电铸新型材料方面，合金电铸和符合电铸是目前电铸技术的一个重要发展方向。其中，在合金电铸方面已经展开了镍钴、镍铁、镍锰等二元合金电铸的研究。有关文献深入研究了合金电铸的机理与工艺，探索了控制二元合金各自含量的方法
5、，这些合金在硬度、耐磨性等方面显示出特殊的优点，适合于工业上的不同需求。金属基复合材料具有一系列优点，被认为是对宇航、航空等部门的发展带来重大变革的新型材料，复合电铸是指被这类材料的一种重要手段。目前电铸符合材料有两种类型：一种是在电铸液中加入弥散的固体颗粒，使其与金属离子共沉积而形成含有固体微粒的金属层；另外一种是在电铸金属时，在芯模表面缠绕高强度的纤维丝从而获得镶嵌有纤维的金属电铸层，已达到强化电铸层的目的。此外，电铸纳米材料是另一个十分有发展前景的研究方向，由于电铸技术是依靠离子堆砌成型制造产品，因而在适当的条件下可以得到纳米晶的铸层结构，这方面的研究目前尚处于起步阶段。 电铸技术在其他
6、方面也有良好的应用。如可用来制取造型别致的装饰品和中空的金饰品,可节约贵重金属,且加快了生产周期。用电铸的方法在两个零件相同或不同材料的结合部位进行金属沉积,从而将两个零件连接起来,可避免高温连接(如焊接) 使零件产生很大内应力甚至变形的情况,从而实现真正意义上的连接。为了提高电铸的速度,阴极移动、压缩空气搅拌、机械搅拌、复合超声等措施已经在实践中采用,而更有效的搅拌冲刷方式一直在寻求之中。20世纪80 年代,国内外学者开展了激光强化电沉积技术的研究,即用激光束照射阴极的方法,使电极静态电位和电荷传递速度发生改变,从而大大提高金属的电沉积速度。 我国制造业对电铸技术也日益重视，很多单位对电铸进
7、行了探索和研究，取得了很多成功的应用。如：波导管、手表零件、波纹管、精密模具、电加工电极等。但是国内的生产单位多局限于应用电铸技术及其特定产品进行开发生产，在工艺实施上多是沿用电镀业的工艺规范和设备条件，缺乏对电铸机理和应用的系统研究，其工艺水平与发达国家相比存在明显。全自动电铸生产线 高品质SMT印刷模版现阶段SMT模版的制造主要有蚀刻、电铸、激光切割三种主要方式：1， 传统的蚀刻模板，精度差，双锥形开孔锥度，不适合细间距印 刷； 2， 随着0402， 0201, 01005以及0.4 &0.3 mm, CSP, uBGA等 Fine Pitch 器件在电子产品的应用, 激光模板逐渐不适应精
8、细印刷, 主要原因在于:A, 激光以光束热加工, 在开孔侧壁留下细条 纹, 并在开孔边缘残留金属毛渣, 影响焊膏脱模 ( 即使经化学抛光也只能清除一部分); B, 激光切割固有的切割能力不适合超精细孔的加工. 3， 无铅焊膏正成为SMT的应用必选， 电铸模板光滑孔壁和低镍合金粘附力尤其适脱模 电铸原理电铸模板区别于蚀刻、激光减成工艺相比，电铸工艺结合光电加工及电化学沉积技术，以金属离子逐层沉积成整张金属镍合金片，克服了蚀刻双面对位产生的低精度、双锥形等缺点，也克服了激光热加工对金属产生的热变形、孔壁毛渣、条纹以及切割锥度小的缺点，保留了光电加工的高精度特点。 尤其值得提及的是，电铸技术在制作超
9、薄厚度，海量微孔的印刷模板，如半导体晶圆模板，TFT触摸屏模板，具有激光加工所不可比拟的技术优势。电铸加工是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。它是电镀的特殊应用。电铸是俄国学者耶可夫于1837年发明的。最初主要用于复制金属艺术品和印刷版，19世纪末开始用于制造唱片压模，以后应用范围逐步扩大。图为电铸的基本原理图。把预先按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解作用下，原模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。 SMT电铸模
10、版制作步骤边缘效应电铸为镍离子在电场作用下在负极沉积的过程, 电力线分布是根据负极形状来确定的, 对于红色图形区域, 电力线分布密度较高,四周无图形区域分布密度较低, 电力线密度高,就沉积速度快,电力线密度低, 沉积速度就慢, 这决定了电铸钢片的厚度在图形区域 和四周空白区域 存在厚度差异, 在厚度为 120 um 左右的情况下, 四周厚度一般偏薄 15 20 um, 随厚度的增加, 差异值会增大, 这个原理国内外做电铸的概莫能外.红色块为图形区域 2.1影响电铸过程的金属沉积边缘效应的主要工艺参数1）温度升高温度会增大离子的扩散速率，导致浓差极化降低，同时升高温度还会使得放电离子具有更高的活
11、化能，因而降低了电化学极化，所以温度升高会降低阴极极化，从而影响Ni2+在阴极的沉积速率，所以温度为消除边缘效应实验中的重要工艺参数。同时升高温度使得镀液电导增加，电流效率也增加，可以相应的提高电流密度，在实验过程中可以综合温度和电流密度分析它们对边缘效应的影响。2）主盐-镍离子浓度 镍离子浓度低，镀液分散能力高，有利于图形处，镀层的均匀性，对边缘效应可以起到改善的作用；镍离子浓度高时，可以提高阴极电流效率，镀液导电率高，电流密度的上限增大，有利于提高生产效率。2）搅拌流量、阴极移动、震动、喷射方式及喷嘴到板面距离，这几种都是搅拌常用的几种方式，不同搅拌强度，会使得扩散层厚度不同,离子浓度在图
12、形开口处和空白处不同，从而使得镍在这两处的沉积速率不同，从而影响边缘效应。5）电流密度实验原理分析可知产生边缘效应的最根本原因为电流密度分布不均，所以电流密度为本次实验过程中重要的工艺参数。提高电流密度，提高了阴极极化，使得Ni2+沉积速率增加，对边缘效应产生影响。7）电流加载形式1. 直流：金属离子趋近阴极不断被沉积，因而不可避免地造成浓差极化，影响镀层的均匀性，从而影响区域相对无图形区域的边缘效应。2. 直流脉冲：采用直流脉冲电镀在电流导通时，接近阴极的金属离子被充分地沉积；当电流关断时，阴极周围的放电离子又重新恢复到初始浓度。这样阴极表面扩散层内的金属离子浓度就得到了及时补充，扩散层周期
13、间隙式形成，从而减薄了扩散层的实际厚度。如果使用短脉冲，则将出现非常大的电流强度，这将使金属离子处在直流电镀实现不了的极高过电位下沉积，极化程度加大，分散能力更好，从而改善镀层性能，其作用和在电镀液中加入添加剂的作用相似。关断时间的存在不仅对阴极附近浓度恢复有好处，而且还会产生一些对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。3. 换向脉冲：当开负脉冲时镀件为阳极，表面尖端及不良的镀层优先溶解，使镀层周期性地被整平，同时阴、阳极的浓差极化都减小，从而改善镀层均匀性。6）综合考虑总镍、温度、流量和电流密度在协同作用下，对图形开口边缘效应的影响：在新槽物理参数固定的条件下，进行了大量的单因素实验，发现以下工
14、艺条件的变化对图形开口边缘效应均存在一定的影响，由于存在一些条件的制约，没有进行过协同作用下的综合实验，所以在此结合之前的单因素实验结果，分析个工艺参数的范围，在各参数范围内，采用DOE优化方式设计实验，其中各参数的范围及它们之间的条件制约如下。表1.工艺参数的影响参数原理离子扩散离子沉积边缘效应温度温度升高，提高离子活化能，降低阴极极化 增加 加快 变严重电流密度提高电流密度，加大阴极极化，提高沉积速率 无影响 加快 变严重搅拌加大搅拌强度，减小浓差极化，有利于离子交换 加快 加快 变严重2.2表征边缘效应的方法1）在新槽实验中采用生产所用芯摸（600*600），均使用相同的菲林，并且在电铸
15、过程中，每一块试板上图形位置均相同，边缘效应的表征采用公式（1）和（2），实验过程中主要以图形中大开口BGA和小开口BGA 作为边缘效应的表征对象。A%=(a-c)/c*100% （1）B%=(b-c)/c*100% （2）其中：a大BGA处厚度平均值b小BGA处厚度平均值c整板基准厚度平均值A%大BGA处边缘效应B%小BGA处边缘效应 2) 三次元光学图像分析镀层在图形处（BGA处），正面（上表面）及切片（侧面）的表面形貌。三、实验设计3.1实验流程实验流程： 除油 水洗 活化（20min）贴膜（3层） 曝光显影水洗活化（5min）去离子水洗电铸水洗脱膜水洗刷板剥离结果测试 本试验中设计了上
16、文所述参数对电镀过程的影响单因素实验，在研究单因素实验同时保持其他所有参数不变。3.2实验参数设计根据以前的实验参数及相关经验设定以下试验参数：表一、温度参数实验编号T（）i（A/dm2）f（L/min）t(h)69502250670602250671401.52508表二、总镍浓度参数实验编号总镍（g/L）T（）i（A）f（L/min）t（h）N15065811005N25565811005N36065811005N46565811005N57065811005N67565811005N78065811005表三、流量工艺参数1实验编号流量（L/min）电流密度（A/dm2）温度（）时间（h
17、）7201.5408731001.5408742001.5408753001.5408764501.5408表四. 流量相关参数2实验编号其它工艺条件流量L/min基准厚度1旧电源100110.82新电源375/0122.23新电源0/375123.44旧电源：直流脉冲，40450112.85同40117.4表五、连续变化流量相关参数3实验编号01h12h23h34h5min4h5min5h10min5h10min6h15min2流量(L/min)3753002251507503075150225300375表六、振动过程相关参数实验编号震动阴极移动f（L/min）i（A/dm2）T（）t（h
18、）77震10S停5S110Hz1001.540878停110Hz1001.540879震10S停10S 01001.55088030Hz1001.55088160Hz1001.55088290Hz1001.550883110Hz1001.5508表七、电流加载形式相关参数编号电流形式占空比/正负时间比电流幅值（A）正反向电流比（A）时间（h）84直流547.585直流脉冲16ms:6ms54108620ms:2ms5488730ms:3ms54888换向脉冲18ms:4ms54：10898920ms:2ms54：10889030ms:3ms54：1088表八. 直流脉冲参数电流参数实验编号To
19、n（ms）Toff（ms）周期（ms）占空比时间（h）9120204050%14h35min9220133361%11h55min932092969%10h35min942052580%9h5min95821080%9h5min9652771%10h20min9732560%12h5min9822450%14h35min表九. 换向各电流参数实验编号正负时间比（T正/T负）周期（ms）正反向电流比（A）时间（h）9918ms:4ms2254：10816.1810020ms:2ms2254：1081010130ms:3ms3354：10010表十、DOE方案设计实验参数表四、试验结果与讨论4.1
20、温度对电铸过程中边缘效应的影响下表为不同温度下所做试板的边缘效应，可以看出温度变化对图形开口处（大BGA，小BGA）相对于整板基准厚度的边缘效应影响不大，说明因温度变化而引起的离子扩散速率的变化对图形处边缘效应的影响可以忽略。表1中还可以看出，大开口BGA的边缘效应更为严重，这是由于图形开口较大，在电铸过程中单位面积上干膜所占有的面积比例也就要高，从而在开口边缘处电力线更为集中，电流密度也更高，使得大开口BGA处边缘效应较小开口处更为严重。表1.图形开口处边缘效应编号t（）图形平均厚度基准厚度差值(m)边缘效应6950大BGA146m110m3632.7%小BGA1251513.6%7060大
21、BGA151.3m113.9m37.432.8%小BGA128.8m14.913.1%7140大BGA152.5m112.9m39.635.1%小BGA12815.113.4%bacd图1 69号板（50）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）abdc图2. 70号板（60）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）dcab图3. 71号板（40）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）图1、图2和图3 分别为两种BGA开口处的三次元光学图，均为放大200倍，其中图a和图c为镀层的上表面形貌，图b和图d为镀层的横截面形貌。图中可
22、以看到孔壁，这是由于干膜在曝光时受到了影响，显影后干膜柱发生了变形而使得开口不直。同时在此采用的三次元光学图，只是表征图形开口区域内部的边缘效应。图中可以看出在不同温度下，大开口BGA的边缘效应均较严重，并呈马鞍形且它们的表面和截面形貌特征也基本相同，说明温度变化对大开口BGA边缘效应的影响不大。图中还可以看出小开口BGA图形区域的边缘效应与大开口BGA的边缘效应有很大的不同，在不同温度下两孔之间的镀层均平直，特别是在40和50时，在图形区域的范围内可以认为不存在边缘效应，但是在3个不同的温度下，在孔的边缘处存在倒角，60时这一现象较为严重，并且呈一定方向性排补，说明孔边缘处形成倒角是由于温度
23、的升高，使得镀液的分散能力下降，沉积出的镀层的不均匀性提高而导致的。产生以上情形的原因分析1. 图形区与无图形区相比，在相同的工艺条件下，由于开口处（BGA）干膜的影响，使得离子在图形处的离子交换速率小于无图形处，本该使得图形处镀层更薄，但同样由于干膜的影响，在图形区域电流向无干膜的位置集中，从而使得图形处单位面积上的电流密度要高于无图形处从而产生边缘效应，并且相对于离子交换速率而言电流的集中占主导，所以图形处镀层的厚度要高于无图形处。这同时也说明通过改变温度从而改变离子交换速率来抵消由于电流集中而引起边缘效应的方法还行不通。2. 在大开口BGA图形区域，边缘效应呈马鞍形，是由于干膜在单位面积
24、上所占比例较高，在镍的沉积过程中电流向无干膜的位置集中，使得孔壁处镍离子沉积速率超过因离子交换不足而引起的孔壁处变薄，并占主导作用，从而使得镀层呈两边厚中间薄的马鞍形。3. 在小开口BGA图形区域，干膜在单位面积上所占有的比例较低，电流向无干膜的位置集中所引起的边缘效应还不能抵消因离子交换不足而引起的孔壁处变薄，从而形成倒角。4.2主盐浓度对电铸边缘效的影响边缘效应随总镍含量变化的关系曲线见图1，可以看出其它工艺相同的条件下随总镍的提高，图形区域边缘效应的变化并不明显，大BGA边缘效应在35%38%的范围内，小BGA在17%22%的氛围内，可以认为总镍变化对图形区域边缘效应没有影响。图1.边缘
25、效应随总镍含量变化关系曲线图2和图3分别为总镍50g/L和80g/L时图形开口处边缘效应形貌图，其它总镍含量条件下大BGA和小BGA开口处边缘效应形貌图与图2和图3基本相同，可以看出总镍变化对开口处边缘效应影响不大。综合分析之前的单因素实验和DOE实验，结果表明开口处边缘效应只是与流量大小相关，在流量为100L/min条件下均能够达到较好的效果。图2.总镍为50g/L时图形开口处边缘效应形貌图3. 总镍为80g/L时图形开口处边缘效应形貌 由以上分析可以看出总镍含量的变化，对图形区域边缘效应可图形开口处边缘效应均没有影响。4.3流量对电铸边缘效应的影响4.3 .1固定流量变化对边缘效应的影响
26、表2与图1为图形区域相对无图形区域边缘效应随流量的变化，可以看出流量为0时大开口BGA与小开口BGA边缘效应值最小，随流量的增加大开口BGA边缘效应值呈无序的变化，但于0流量时相比开了流量边缘效应变严重，小开口BGA边缘效应值则随流量的增加而增加，说明流量的突变对大开口BGA的边缘效应有较大影响，而对小开口BGA影响较小表2. 图形区域相对无图形区域边缘效应编号流量（L/min）图形开口平均厚度(m)基准厚度(m)差值(m)边缘效应720大BGA148.75117.431.3526.7%小BGA130.513.110.04%73100大BGA151.5113.238.333.8%小BGA125
27、.2512.0510.64%74200大BGA152110.941.137.40%小BGA123.512.611.66%75300大BGA1461113531.50%小BGA1251412.6%76450大BGA151.5112.838.734.3%小BGA12815.213.5%1002003004500L/min图1. 图形区域相对无图形区域边缘效应随流量变化关系表3为图形区域内（BGA）开口处边缘效应形貌对比，当流量小于100 L/min时大开口和小开口BGA两孔空隙之间镀层均较平直，在孔边缘处流量为0和100 L/min时大开口BGA区域内均匀性较好，小开口BGA流量为100L/min
28、时图形区域内均匀性较好。当流量大于200 L/min时大开口BGA两孔空隙之间镀层呈马鞍形，边缘效应严重，而小BGA在流量为200L/min和300L/min均匀性较好，流量为450L/min图形处边缘效应均较重。说明流量对图形区域内边缘效应影响很大。表3. 图形区域内开口处边缘效应形貌编号流量（L/min）图形开口边缘效应形貌两孔空隙之间镀层孔边缘处720大BGA较平直 轻微倒角小BGA较平直倒角较严重73100大BGA较平直轻微凸起小BGA较平直轻微凸起74200大BGA呈马鞍形凸起严重小BGA较平直轻微凸起75300大BGA呈马鞍形凸起严重小BGA较平直 轻微凸起76450大BGA呈马鞍
29、形凸起严重小BGA呈马鞍形凸起较严重其中具体的图形开口处的表面和截面形貌见下图：abdc图1 72号板（0流量）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）abcd图2 73号板（100L/min）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）bcd图3 74号板（200L/min）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）abdc图4 75号板（300L/min）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）abbc图5 76号板（450L/min）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）分析与讨论根
30、据以上实验结果建立了图2 所示图形处镀层的模型，图中边缘效应1为图形区域相对于无图形区域的边缘效应；边缘效应2为图形内部开口（BGA空）边缘处的边缘效应。它们的产生主要是由于在整个图形区域（BGA）干膜的影响使得图形区域内开口（BGA孔）之间空隙处的电流密度高于无图形处，在温度、搅拌等其它工艺参数一定的情况下图形处镀层的沉积速率高于无图形处，产生边缘效应1；流量较大时产生边缘效应2。以上的实验结果中可以看出流量对边缘效应1的影响不大，只是在0流量和有流量时边缘效应1的数值有较大的变化，并且0流量时在孔的边缘处出现了倒角，说明电镀过程中需要一定的流量，否则离子在图形开口处补充不足。流量对边缘效应
31、2有很大的影响表3中可以看出流量为100 L/min时，大开口和小开口BGA的边缘效应2已经很轻微，在整个讨论流量变化的实验中为最佳。图形区域镀层无图形区域镀层边缘效应1边缘效应2干膜图2 图形处镀层模型结论1. 实验结果和分析表明，改变流量对边缘效应2可以起到改善的作用，并且在流量为100 L/min达到最佳。 2. 流量变化对边缘效应1的影响不大，对要消除或是减弱边缘效应1，应该从镀液的组分，主要为添加剂方面去考虑。4.3.2固定连续流量对电铸边缘效应的影响不同流量大小和开启方式对图形区域及开口处边缘效应的影响，对比结果见表1和表2。其中实验1、4和5为以前的实验结果，采用其作为对比分析。
32、从表2开口处边缘效应可以看出：0流量时，干膜之间开口处（空隙-孔）离子补充不足边缘处形成倒角；流量为100L/min时，离子补充存在轻微的不足，有轻微的倒角；流量为450L/min时，离子补充较为充足，出现较为严重的凸起；实验2和3采用的为混合流量，可以看出电镀过程中不同时间采用不同的流量，离子交换变化引起的边缘效应可以进行互补，从而开口处边缘效应得到改善。 分析结合表1的数据可以看出，边缘效应的形成始终都是由电流集中占主导，由于干膜的影响，图形区域的电流密度要高于无图形区域，孔边缘处（镀层与干膜交界处）随镀层的生长，形成了尖角，产生尖端效应，所以孔边缘处电流密度最高。在此条件下，表1中可以看
33、出流量较小（0，100L/min）的情况下，镍的沉积效率得到抑制，从而表现为图形区域边缘效应数值更小，同时从实验2和实验3的对比也可以看出这一趋势。表1. 图形区域边缘效应实验编号其它工艺条件流量L/min基准厚度边缘效应大BGA小BGA1旧电源100110.826.08%15.25%2新电源375/0122.236.06%15.60%3新电源0/375123.432.25%13.82%4旧电源：直流脉冲，40450112.834.3%13.5%5同40117.426.7%10.04%表2. 开口处边缘效应实验编号流量L/min边缘效应形貌大BGA小BGA1100镀层平直，轻微倒角镀层平直，轻
34、微倒角2375/0镀层平直，轻微凸起镀层平直，轻微凸起30/375镀层平直，轻微凸起镀层平直，轻微倒角4450镀层呈马鞍形，凸起严重呈马鞍形，凸起较严重50镀层平直，轻微倒角镀层平直，倒角较严重利用三次元进行观察：adcb图1.流量为100L/min条件下开口处边缘效应图adcb图2.流量为375 + 0 L/min条件下开口处边缘效应图adcb图3. 流量为0+ 375 L/min条件下开口处边缘效应图abbc图4. 流量为450L/min条件下开口处边缘效应图由以上分析电镀过程中不同时间采用不同的流量，离子交换变化引起的边缘效应可以进行互补。4.3.3连续变化流量对电铸边缘效应的影响1、流
35、量实验对边缘效应的实验结果如表2和图1。其中实验1、4、5为前段实验结果。2、实验2、3对比可知，实验2的边缘效应比实验3的边缘效应大，大开口大了近5%，小开口大了近3%，并且超过了之前采用固定流量，在不同工艺条件下图形区域的边缘效应，这说明实验2连续流量（375-0）开启方式可以使离子在图形开口内部（孔内）的交换足够充分，电流集中引起的边缘效应更加严重，但是目前对它具体的作用和影响原理还不清楚。3、结合表2和表3可以看出，采用连续流量后，边缘效应的形式也与固定流量不同。固定流量：大流量时，离子交换充足，而在孔边缘处由于电流密度最高，所以开口之间镀层形成马鞍形，图形区域边缘效应也表现为较大的值
36、；连续流量：表2中两种连续流量方式，图形区域边缘效应均表现为较大的值，离子交换充足，但开口之间镀层平直，开口边缘处凸起并不严重，这与电流在图形区域的集中方式相矛盾，有必要进行重复验证实验。表2.图形区域边缘效应实验编号其它工艺条件流量L/min基准厚度边缘效应大BGA小BGA1旧电源100110.826.08%15.25%2新电源375-0118.238.38%19.33%3新电源0-375120.833.44%16.47%4旧电源：直流脉冲，40450112.834.3%13.5%5同40117.426.7%10.04%表3.开口处边缘效应实验编号流量L/min边缘效应形貌大BGA小BGA1
37、100镀层平直，轻微倒角镀层平直，轻微倒角2375-0镀层较平直，轻微凸起镀层平直，轻微凸起30-375镀层平直，轻微凸起镀层平直，轻微倒角4450镀层呈马鞍形，凸起严重呈马鞍形，凸起较严重50镀层平直，轻微倒角镀层平直，倒角较严重用三次元对其观察，图示如下adcb图1.流量为100L/min条件下开口处边缘效应图adcb图2.流量为375 - 0 L/min条件下开口处边缘效应图 adcb图3. 流量为0-375 L/min条件下开口处边缘效应图abbc图4. 流量为450L/min条件下开口处边缘效应图abdc图5. 流量为0L/min条件下开口处边缘效应图4.4震动对电铸边缘效应的影响采
38、用不同的震动参数及阴极移动参数，对所做厚板图形区域相对无图形区域边缘效应结果见表2，可以看出不同的震动时间和停止时间对边缘效应影响不大；不同的阴极移动频率对大开口BGA边缘效应影响不大，小开口BGA的边缘效应则随阴极移动频率的增加而改善。表2. 图形区域相对无图形区域边缘效应编号震动阴极移动图形开口平均厚度(m)基准厚度(m)差值(m)边缘效应77震10S停5S110（Hz）大BGA154.25115.538.7533.5%小BGA130.7515.2513.2%78停110（Hz）大BGA151.25114.536.7532.09%小BGA129.7515.2513.32%79震10S停10
39、S0（Hz）大BGA153.75117.6336.13130.7%小BGA135.517.8815.2%8030（Hz）大BGA147.5113.1334.3830.39%小BGA12915.8814.03%8160（Hz）大BGA151.75115.5636.1931.32%小BGA129.513.9412.06%8290（Hz）大BGA151.5116.435.130.15%小BGA132.516.113.83%73110大BGA151.5113.238.333.8%小BGA125.2512.0510.64%大开口BGA和小开口BGA图形区域边缘效应形貌见表3，其中2级表示在程度上要比1级
40、严重。可以看出震动和阴极移动的改变对BGA开口处边缘效应的影响不大。与73号板相比不采用震动（停）时孔边缘处边缘效应呈轻微到角2级，不采用阴极移动（0）时孔边缘处边缘效应呈轻微凸起2级。表3. 图形区域内开口处边缘效应形貌编号震动阴极移动（Hz）图形开口边缘效应形貌两孔空隙之间镀层孔边缘处77震10S停5S110大BGA较平直轻微倒角1级小BGA较平直轻微倒角1级78停110大BGA较平直轻微倒角2级小BGA较平直轻微倒角2级79震10S停10S0大BGA较平直轻微凸起2级小BGA较平直轻微凸起2级8030大BGA较平直轻微凸起1级小BGA较平直 轻微凸起1级8160大BGA较平直轻微凸起1级
41、小BGA较平直轻微凸起1级8290大BGA较平直轻微凸起1级小BGA较平直轻微凸起1级73110大BGA较平直轻微凸起1级小BGA较平直轻微凸起1级其中具体的图形开口处的表面和截面形貌如下图示：abdc图1 77号板（震10S停5S）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）dcab图2 78号板（震动为0）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）dcb图3 79号板（阴极移动为0）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）dcab图4 80号板（阴极移动频率为30Hz）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）dcab图5 81号板（阴极移动频率为60Hz）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）dcab图6 82号板（阴极移动频率为90Hz）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）abcd图7 83号板（阴极移动频率为110Hz）的三次元图，放大200倍（a、b为大BGA，c、d为小BGA）由以上分析可以看出流量大小、震动和阴极移动均为镀液的搅拌方式，本实验过程中流量固定为上一次实验所得到的最佳值：100L/min，从而讨论震动和阴极移动对边缘效
