2023-12-20 Kraft Powercon 白皮书 - 提高电镀质量、效率和可靠性
发布时间：2023-12-20 阅读量：195
电镀质量严重影响PCB和半导体的信号分布、数据传输速度以及散热性能。
本文介绍PCB和IC基板制造商如何利用功率转换技术（以及必要的工艺/应用专业知识），从三个方面来应对优化电镀质量和成本的挑战，包括：
• 应用脉冲技术（PPR）实现均匀的电镀效果。
• 通过输出复杂波改善数据传输和热冲击可靠性。
• 新一代精确电流控制技术，实现半导体和高级PCB的最精密电镀。
简介
在多个行业需求增长的推动下，印刷电路板（PCB）和半导体市场将继续增长。
5G和数字化的浪潮下，消费产品、业务方案和医疗器械趋向智能化，以及汽车工业、医疗产业、大众工业和通信领域的创新需求，都需要更多更好的产品。PCB越来越精密，需要更好的散热性能和更快、更可靠的传输速度。
飞涨的能源和材料价格正在增加运营成本，推动制造商寻求更高效率和减少浪费，同时提供满足当今颇具挑战性的技术规范所需的质量、复杂性和规模化生产。
设备小型化需求持续增长，半导体及其配件变得越来越小，包括半导体组装所用的平台封装。半导体行业的集成电路（IC）基板与PCB面临相同的要求和挑战，它们需要在小尺寸产品上，交付高精细化的产品。
电路密度的增加意味着铜线需要更薄、更精密，而堆叠变得更厚，因而需要更深的电镀通孔来实现多层板连接。
电路板的纵横比也在不断增大
几年前，20:1的PCB还很少见，而现在40:1或更高的纵横比已稀松平常，这给电镀带来了挑战。纵横比越高（板厚对比通孔直径），越难保证电镀铜的均匀分布。
利用脉冲技术（PPR）实现均匀电镀
在通孔内实现电镀铜均匀分布的挑战
PCB的通孔越窄或越深，就越难以最佳厚度完成均匀的完全布铜。纠正或返工过度电镀区域（高电流密度）浪费时间、材料和能源，而长时间用低电流密度电镀，又会造成资源消耗。
摘要
直流电电镀（左图）
直流电会限制均镀能力，导致电镀铜分布不均匀。
“狗骨头”效应即是如此。当铜在高电流密度区受镀时，在通孔的边缘周围产生额外的厚度。
使用PPR电流电镀（左图）高效的解决方案是安装一个精确控制电流的脉冲整流器以产生剥离，使低电流密度区域和高电流密度区域均匀，从而优化电镀铜均匀沉积的过程。这反过来又提高电镀的质量，同时节省时间、能源和成本。
以脉冲技术提高均镀能力，获得可靠的电镀质量
”均镀能力”是指孔内铜沉积量与表面铜沉积量之比。通常，它是指电镀溶液在形状不规则的阴极上均匀沉积金属的能力。因此，均镀能力是衡量PCB和IC基板电镀结果的关键指标。
直流电源技术可以实现70%的均镀能力，这对于较低纵横比的电路板来说是可以接受的。
但是，直流电源不足以满足高纵横比的电镀。脉冲整流器可以实现接近100%的均镀能力（甚至更高），这是高纵横比的理想选择。
脉冲整流器以周期性脉冲反向（PPR）波形输出电流，对于封装基板和印刷电路板的均匀电镀和均匀表面分布至关重要。
提高电镀精度的周期性脉冲反向（PPR）技术
通过单一波形提供电能，通过电流振幅控制波形，设定时间间隔。反向脉冲可实现剥离，从而平衡低 电流密度区和高电流密度区。
复杂的波形支持多层PCB的开发
随着PCB通孔变得更小或更深以及纵横比的增加，均匀的铜沉积变得更具挑战性。这就是先进的整流技术大展身手之际。
在复杂的波形中，不同电流段之间的斜坡时间需要小于200μs。
每个电流段对精确度、高精度、稳定性和低纹波提出了要求。
下图显示了多段脉冲波形。这种复杂的波形将保障精密电路和PCB的通孔中能够精确沉积铜。
虽然先进的整流技术可以输出多种复杂波形，但如何应用、解读和改进这些波形才是关键所在。这就是创建以相位转移为“结合因素”的定制电镀方案。
使用先进的脉冲技术降低工艺复杂性
精密电镀的5G印刷电路板现在无需大量投资或增加复杂工艺即可生产。当跨学科团队——化学专家、电源供应商、设备制造商和工艺规划人员——共同努力简化制造工艺并提高电镀质量和可靠性时，这项工艺的优势更加明显。
改善热冲击可靠性，同时消除电镀空隙和凹坑
铜填充通孔中存在空隙和凹坑（如下所示）一直被视为常见质量问题。这些间隙会促使过多的热量积聚并降低导电性。解决这些问题势在必行，并且 需要复杂而冗长的制造工艺来处理这些情况。
铜填充的通孔存在 空隙和凹坑——质量问题
一些制造商选择使用替代品（树脂或银浆）填充通孔，然后磨平、覆铜，从而消除空隙的风险。然而，这种方法也带来了自身的挑战。其复杂的工艺涉及增加劳动力、时间和材料，导致产品不尽如人意。替代材料的电导率产生的不一致会影响产品的质量和可靠性。
用铜填充通孔时，应该使用能够输出复杂电流的脉冲整流器（PPR）。此功能可以消除电路板填充（ 或桥接）中的空隙和凹坑。这是一种明显的改进方案，也是一种经过验证的解决方案，能够简单、高效和高质量地完成表面处理。
具备复杂波形功能的脉冲整流器是一种行之有效的解决方案，可在保持PCB表面最佳电镀厚度的同时，有效地逐步填充和桥接PCB的通孔。
随着质量的提高，制造工艺也得到简化
使用固体铜而非填充浆料填充通孔，可以提高电导率和散热性，因为铜的散热效率比浆料高四倍。不仅如此，这种技术还可以简化生产工艺。
复杂波形整流技术的进步在很大程度上推动了5G创新的实现，同时将废品减少了多达40%，并将 PCB 和 IC 基板生产效率提高了多达 5.6 倍。
对于复杂的规格，需要更精密的解决方案。以KraftPowercon ModuPulse™整流器为例，它们可以在65,000毫秒内精确提供多达32个不同电流段的高度复杂精密波形。
它们可以设置为提供多种波形和相移，从操作角度有效地简化和优化电镀工艺。
满足PCB和半导体制造商的未来需求
随着对微型化需求的不断增加，半导体元件和配件变得越来越小，装配它们的电路板也是如此。PCB（印刷电路板）和IC基板（用于为半导体提供平台封装）之间的主要区别在于外形尺寸，尤其是线宽和间距（L/S）。然而，随着规模不断缩小，PCB板内线宽和间距（L/S）的规格现在已经接近当前IC基板的规格。
因而，精密电镀至关重要。为确保IC基板电镀的精度和质量，必须减小偏差。这可以通过分隔阳极来实现，以控制流向每个阳极的电流，并增加电流精度以调整每个阳极处的精确输出需求。通信速度将是同时控制多个阳极所获电流的关键。
通过开发精密整流技术来满足越来越复杂和精确的要求。这需要全面了解电镀过程中涉及的科学、涉及的化学物质和电解质，以及应用这些知识实现预期结果的技术专长。这是一个专业领域，但由于行业领先制造商、化学公司和KraftPowercon的持续合作和创新，这种能力一直在不断提高。
专业研发智能电源
从满足高层次技术需求到提供升级和安装服务，KraftPowercon的专家擅长电源优化的方方面面。
凭借超过85年的整流技术经验，我们为电镀行业提供精密的电源解决方案，确保质量、可靠性和效率。客户欣赏我们的工作方式，特别是我们的积极态度和对创新的承诺，以及满足他们期望的能力。
• 我们帮助您实现高质量的输出，解决问题并优化工艺，以节省时间、能耗和原材料。
• 我们通过全球网点提供工程服务，同时通过本地的服务员工保证快速响应。
• 我们将保障关键组件的库存，以备不时之需。
我们不会令您失望
