2023-12-20 Kraft Powercon 白皮書 - 提高電鍍質量、效率和可靠性
發布時間：2023-12-20 閱讀量：518
電鍍質量嚴重影響PCB和半導體的信號分布、數據傳輸速度以及散熱性能。
本文介紹PCB和IC基板制造商如何利用功率轉換技術（以及必要的工藝/應用專業知識），從三個方面來應對優化電鍍質量和成本的挑戰，包括：
? 應用脈沖技術（PPR）實現均勻的電鍍效果。
? 通過輸出復雜波改善數據傳輸和熱沖擊可靠性。
? 新一代精確電流控制技術，實現半導體和高級PCB的最精密電鍍。
簡介
在多個行業需求增長的推動下，印刷電路板（PCB）和半導體市場將繼續增長。
5G和數字化的浪潮下，消費產品、業務方案和醫療器械趨向智能化，以及汽車工業、醫療產業、大眾工業和通信領域的創新需求，都需要更多更好的產品。PCB越來越精密，需要更好的散熱性能和更快、更可靠的傳輸速度。
飛漲的能源和材料價格正在增加運營成本，推動制造商尋求更高效率和減少浪費，同時提供滿足當今頗具挑戰性的技術規范所需的質量、復雜性和規模化生產。
設備小型化需求持續增長，半導體及其配件變得越來越小，包括半導體組裝所用的平臺封裝。半導體行業的集成電路（IC）基板與PCB面臨相同的要求和挑戰，它們需要在小尺寸產品上，交付高精細化的產品。
電路密度的增加意味著銅線需要更薄、更精密，而堆疊變得更厚，因而需要更深的電鍍通孔來實現多層板連接。
電路板的縱橫比也在不斷增大
幾年前，20:1的PCB還很少見，而現在40:1或更高的縱橫比已稀松平常，這給電鍍帶來了挑戰。縱橫比越高（板厚對比通孔直徑），越難保證電鍍銅的均勻分布。
利用脈沖技術（PPR）實現均勻電鍍
在通孔內實現電鍍銅均勻分布的挑戰
PCB的通孔越窄或越深，就越難以最佳厚度完成均勻的完全布銅。糾正或返工過度電鍍區域（高電流密度）浪費時間、材料和能源，而長時間用低電流密度電鍍，又會造成資源消耗。
摘要
直流電電鍍（左圖）
直流電會限制均鍍能力，導致電鍍銅分布不均勻。
“狗骨頭”效應即是如此。當銅在高電流密度區受鍍時，在通孔的邊緣周圍產生額外的厚度。
使用PPR電流電鍍（左圖）高效的解決方案是安裝一個精確控制電流的脈沖整流器以產生剝離，使低電流密度區域和高電流密度區域均勻，從而優化電鍍銅均勻沉積的過程。這反過來又提高電鍍的質量，同時節省時間、能源和成本。
以脈沖技術提高均鍍能力，獲得可靠的電鍍質量
”均鍍能力”是指孔內銅沉積量與表面銅沉積量之比。通常，它是指電鍍溶液在形狀不規則的陰極上均勻沉積金屬的能力。因此，均鍍能力是衡量PCB和IC基板電鍍結果的關鍵指標。
直流電源技術可以實現70%的均鍍能力，這對于較低縱橫比的電路板來說是可以接受的。
但是，直流電源不足以滿足高縱橫比的電鍍。脈沖整流器可以實現接近100%的均鍍能力（甚至更高），這是高縱橫比的理想選擇。
脈沖整流器以周期性脈沖反向（PPR）波形輸出電流，對于封裝基板和印刷電路板的均勻電鍍和均勻表面分布至關重要。
提高電鍍精度的周期性脈沖反向（PPR）技術
通過單一波形提供電能，通過電流振幅控制波形，設定時間間隔。反向脈沖可實現剝離，從而平衡低 電流密度區和高電流密度區。
復雜的波形支持多層PCB的開發
隨著PCB通孔變得更小或更深以及縱橫比的增加，均勻的銅沉積變得更具挑戰性。這就是先進的整流技術大展身手之際。
在復雜的波形中，不同電流段之間的斜坡時間需要小于200μs。
每個電流段對精確度、高精度、穩定性和低紋波提出了要求。
下圖顯示了多段脈沖波形。這種復雜的波形將保障精密電路和PCB的通孔中能夠精確沉積銅。
雖然先進的整流技術可以輸出多種復雜波形，但如何應用、解讀和改進這些波形才是關鍵所在。這就是創建以相位轉移為“結合因素”的定制電鍍方案。
使用先進的脈沖技術降低工藝復雜性
精密電鍍的5G印刷電路板現在無需大量投資或增加復雜工藝即可生產。當跨學科團隊——化學專家、電源供應商、設備制造商和工藝規劃人員——共同努力簡化制造工藝并提高電鍍質量和可靠性時，這項工藝的優勢更加明顯。
改善熱沖擊可靠性，同時消除電鍍空隙和凹坑
銅填充通孔中存在空隙和凹坑（如下所示）一直被視為常見質量問題。這些間隙會促使過多的熱量積聚并降低導電性。解決這些問題勢在必行，并且 需要復雜而冗長的制造工藝來處理這些情況。
銅填充的通孔存在 空隙和凹坑——質量問題
一些制造商選擇使用替代品（樹脂或銀漿）填充通孔，然后磨平、覆銅，從而消除空隙的風險。然而，這種方法也帶來了自身的挑戰。其復雜的工藝涉及增加勞動力、時間和材料，導致產品不盡如人意。替代材料的電導率產生的不一致會影響產品的質量和可靠性。
用銅填充通孔時，應該使用能夠輸出復雜電流的脈沖整流器（PPR）。此功能可以消除電路板填充（ 或橋接）中的空隙和凹坑。這是一種明顯的改進方案，也是一種經過驗證的解決方案，能夠簡單、高效和高質量地完成表面處理。
具備復雜波形功能的脈沖整流器是一種行之有效的解決方案，可在保持PCB表面最佳電鍍厚度的同時，有效地逐步填充和橋接PCB的通孔。
隨著質量的提高，制造工藝也得到簡化
使用固體銅而非填充漿料填充通孔，可以提高電導率和散熱性，因為銅的散熱效率比漿料高四倍。不僅如此，這種技術還可以簡化生產工藝。
復雜波形整流技術的進步在很大程度上推動了5G創新的實現，同時將廢品減少了多達40%，并將 PCB 和 IC 基板生產效率提高了多達 5.6 倍。
對于復雜的規格，需要更精密的解決方案。以KraftPowercon ModuPulse?整流器為例，它們可以在65,000毫秒內精確提供多達32個不同電流段的高度復雜精密波形。
它們可以設置為提供多種波形和相移，從操作角度有效地簡化和優化電鍍工藝。
滿足PCB和半導體制造商的未來需求
隨著對微型化需求的不斷增加，半導體元件和配件變得越來越小，裝配它們的電路板也是如此。PCB（印刷電路板）和IC基板（用于為半導體提供平臺封裝）之間的主要區別在于外形尺寸，尤其是線寬和間距（L/S）。然而，隨著規模不斷縮小，PCB板內線寬和間距（L/S）的規格現在已經接近當前IC基板的規格。
因而，精密電鍍至關重要。為確保IC基板電鍍的精度和質量，必須減小偏差。這可以通過分隔陽極來實現，以控制流向每個陽極的電流，并增加電流精度以調整每個陽極處的精確輸出需求。通信速度將是同時控制多個陽極所獲電流的關鍵。
通過開發精密整流技術來滿足越來越復雜和精確的要求。這需要全面了解電鍍過程中涉及的科學、涉及的化學物質和電解質，以及應用這些知識實現預期結果的技術專長。這是一個專業領域，但由于行業領先制造商、化學公司和KraftPowercon的持續合作和創新，這種能力一直在不斷提高。
專業研發智能電源
從滿足高層次技術需求到提供升級和安裝服務，KraftPowercon的專家擅長電源優化的方方面面。
憑借超過85年的整流技術經驗，我們為電鍍行業提供精密的電源解決方案，確保質量、可靠性和效率。客戶欣賞我們的工作方式，特別是我們的積極態度和對創新的承諾，以及滿足他們期望的能力。
? 我們幫助您實現高質量的輸出，解決問題并優化工藝，以節省時間、能耗和原材料。
? 我們通過全球網點提供工程服務，同時通過本地的服務員工保證快速響應。
? 我們將保障關鍵組件的庫存，以備不時之需。
我們不會令您失望
