電鑄邊緣效應(yīng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　電鑄邊緣效應(yīng)實驗結(jié)果及分析</p><p><b>　　1.1前言</b></p><p><b>　　- 1 - </b></p><p>　　加工技術(shù)具有極其古老的歷史，它伴隨著人類的誕生而出現(xiàn)，伴隨著人類的進(jìn)步而發(fā)展。一方面，由于人類社會在發(fā)展中不斷發(fā)明新的產(chǎn)品、新的材料，對加工技術(shù)不斷提出新的

2、需求，因而促成新的加工原理和方法不斷誕生和成長，使得加工技術(shù)生機(jī)勃勃，持續(xù)發(fā)展。近些年來，工業(yè)的迅速發(fā)展使得各種精密異型、復(fù)雜微細(xì)的金屬零部件的需求大幅增加，電鑄作為一種緊密制造技術(shù)受到了高度的重視。電鑄是以與制品形狀對應(yīng)的凸模(或凹摸)為陰極(芯模)，在表面通過電沉積獲得沉積面，與芯模分離后即形成與芯模輪廓相符的且表面光潔的型腔(或型面)。其原理是一種利用金屬離子陰極電沉積原理制取產(chǎn)品的工藝技術(shù)，它具有極高的制造精度。電鑄屬于交叉學(xué)科

3、，涉及到材料、電化學(xué)和工程等領(lǐng)域，電子、電化學(xué)、材料等領(lǐng)域內(nèi)心的進(jìn)展又對電鑄技術(shù)的發(fā)展起到了推動作用。作為一種制造技術(shù)，電鑄工藝所具有的高復(fù)制精度和簡單性等優(yōu)點是其他制造技術(shù)無法比擬的，因此電鑄技術(shù)是一種強(qiáng)大的、用途廣泛的工業(yè)制造技術(shù)。</p><p>　　隨著在宇航、核工業(yè)、微機(jī)械等高科技領(lǐng)域內(nèi)的種種成功應(yīng)用，電鑄工藝技術(shù)已成為世界制造業(yè)所矚目的對象，目前電鑄工藝技術(shù)的研究向著兩個方向日漸深入發(fā)展：一方面是研究

4、電鑄新型的材料和工藝裝備；另一方面是談?wù)f復(fù)制特型零件的工藝方法，并不斷取得新的成果。</p><p><b>　　1.2電鑄的發(fā)展史</b></p><p>　　電鑄工藝從發(fā)明至今已有較長的歷史。1838年俄國的耶可夫教授首先發(fā)明了電鑄銅,1842年德國Bottger教授發(fā)明了電鑄鎳,1869年在俄國財政部印刷所里又誕生了電鑄鐵。由此可見,當(dāng)代應(yīng)用最廣泛的三種電鑄金屬

5、的發(fā)明,迄今已有一百多年的歷史。電鑄屬于交叉學(xué)科的技術(shù),涉及到材料、電化學(xué)和工程等領(lǐng)域,這些領(lǐng)域內(nèi)的理論進(jìn)展又對電鑄技術(shù)的發(fā)展起到了推動作用。作為一種制造技術(shù),電鑄所具有的高復(fù)制精度、高重復(fù)精度和工藝簡單等優(yōu)點是其他制造技術(shù)無法比擬的,因此電鑄是一種用途廣泛的工業(yè)制造技術(shù)。</p><p>　　電鑄工藝的早期應(yīng)用局限于復(fù)制藝術(shù)品和印刷制版。近幾十年來,電鑄在工業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛,主要用來制取各種難以用機(jī)械加工方法

6、制得的或是加工成本很高的零件。近幾年來,工業(yè)的迅速發(fā)展使得對各種精密異型、復(fù)雜微細(xì)的金屬零部件的需求大幅增加,加上各種相關(guān)模具的制造要求,電鑄作為一種精密制造技術(shù)已受到高度重視;另一方面,電子、電化學(xué)、材料等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步使電鑄技術(shù)發(fā)生了很大的變化,工藝水平大大提高,應(yīng)用范圍日益廣。</p><p>　　目前對電鑄工藝技術(shù)的研究向三個方面日漸深入發(fā)展:一是研究新型的電鑄材料和工藝裝備;二是探索復(fù)制特型零件的工藝方

7、法;三是研究微細(xì)電鑄進(jìn)行精密和超精密加工。在研究電鑄新型材料方面，合金電鑄和符合電鑄是目前電鑄技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。其中，在合金電鑄方面已經(jīng)展開了鎳鈷、鎳鐵、鎳錳等二元合金電鑄的研究。有關(guān)文獻(xiàn)深入研究了合金電鑄的機(jī)理與工藝，探索了控制二元合金各自含量的方法，這些合金在硬度、耐磨性等方面顯示出特殊的優(yōu)點，適合于工業(yè)上的不同需求。金屬基復(fù)合材料具有一系列優(yōu)點，被認(rèn)為是對宇航、航空等部門的發(fā)展帶來重大變革的新型材料，復(fù)合電鑄是指被這類材料的

8、一種重要手段。目前電鑄符合材料有兩種類型：一種是在電鑄液中加入彌散的固體顆粒，使其與金屬離子共沉積而形成含有固體微粒的金屬層；另外一種是在電鑄金屬時，在芯模表面纏繞高強(qiáng)度的纖維絲從而獲得鑲嵌有纖維的金屬電鑄層，已達(dá)到強(qiáng)化電鑄層的目的。此外，電鑄納米材料是另一個十分有發(fā)展前景的研究方向，由于電鑄技術(shù)是依靠離子堆砌成型制造產(chǎn)品，因而在適當(dāng)?shù)臈l件下可以得到納米晶的鑄層結(jié)構(gòu)，這方面的研究目前尚處于起步階段。 </p><p

9、>　　電鑄技術(shù)在其他方面也有良好的應(yīng)用。如可用來制取造型別致的裝飾品和中空的金飾品,可節(jié)約貴重金屬,且加快了生產(chǎn)周期。用電鑄的方法在兩個零件相同或不同材料的結(jié)合部位進(jìn)行金屬沉積,從而將兩個零件連接起來,可避免高溫連接(如焊接) 使零件產(chǎn)生很大內(nèi)應(yīng)力甚至變形的情況,從而實現(xiàn)真正意義上的連接。為了提高電鑄的速度,陰極移動、壓縮空氣攪拌、機(jī)械攪拌、復(fù)合超聲等措施已經(jīng)在實踐中采用,而更有效的攪拌沖刷方式一直在尋求之中。20世紀(jì)80 年代,

10、國內(nèi)外學(xué)者開展了激光強(qiáng)化電沉積技術(shù)的研究,即用激光束照射陰極的方法,使電極靜態(tài)電位和電荷傳遞速度發(fā)生改變,從而大大提高金屬的電沉積速度。 我國制造業(yè)對電鑄技術(shù)也日益重視，很多單位對電鑄進(jìn)行了探索和研究，取得了很多成功的應(yīng)用。如：波導(dǎo)管、手表零件、波紋管、精密模具、電加工電極等。但是國內(nèi)的生產(chǎn)單位多局限于應(yīng)用電鑄技術(shù)及其特定產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)生產(chǎn)，在工藝實施上多是沿用電鍍業(yè)的工藝規(guī)范和設(shè)備條件，缺乏對電鑄機(jī)理和應(yīng)用的系統(tǒng)研究，其工藝水平與發(fā)達(dá)國

11、家相比存在明顯。</p><p><b>　　全自動電鑄生產(chǎn)線 </b></p><p>　　高品質(zhì)SMT印刷模版</p><p>　　現(xiàn)階段SMT模版的制造主要有蝕刻、電鑄、激光切割三種主要方式：1， 傳統(tǒng)的蝕刻模板，精度差，雙錐形開孔錐度，不適合細(xì)間距印 刷； 2， 隨著0402， 0201, 01005以及0.4 &0.3 mm,

12、 CSP, uBGA等 Fine Pitch 器件在電子產(chǎn)品的應(yīng)用, 激光模板逐漸不適應(yīng)精細(xì)印刷, 主要原因在于:A, 激光以光束熱加工, 在開孔側(cè)壁留下細(xì)條 紋, 并在開孔邊緣殘留金屬毛渣, 影響焊膏脫模 ( 即使經(jīng)化學(xué)拋光也只能清除一部分); B, 激光切割固有的切割能力不適合超精細(xì)孔的加工. 3， 無鉛焊膏正成為SMT的應(yīng)用必選， 電鑄模板光滑孔壁和低鎳合金粘附力尤其適脫模 </p><p><

13、;b>　　電鑄原理</b></p><p>　　電鑄模板區(qū)別于蝕刻、激光減成工藝相比，電鑄工藝結(jié)合光電加工及電化學(xué)沉積技術(shù)，以金屬離子逐層沉積成整張金屬鎳合金片，克服了蝕刻雙面對位產(chǎn)生的低精度、雙錐形等缺點，也克服了激光熱加工對金屬產(chǎn)生的熱變形、孔壁毛渣、條紋以及切割錐度小的缺點，保留了光電加工的高精度特點。</p><p>　　尤其值得提及的是，電鑄技術(shù)在制作超薄厚度，

14、海量微孔的印刷模板，如半導(dǎo)體晶圓模板，TFT觸摸屏模板，具有激光加工所不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。</p><p>　　電鑄加工是利用金屬的電解沉積原理來精確復(fù)制某些復(fù)雜或特殊形狀工件的特種加工方法。它是電鍍的特殊應(yīng)用。電鑄是俄國學(xué)者耶可夫于1837年發(fā)明的。最初主要用于復(fù)制金屬藝術(shù)品和印刷版，19世紀(jì)末開始用于制造唱片壓模，以后應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。圖為電鑄的基本原理圖。把預(yù)先按所需形狀制成的原模作為陰極，用電鑄材料作為陽

15、極，一同放入與陽極材料相同的金屬鹽溶液中，通以直流電。在電解作用下，原模表面逐漸沉積出金屬電鑄層，達(dá)到所需的厚度后從溶液中取出，將電鑄層與原模分離，便獲得與原模形狀相對應(yīng)的金屬復(fù)制件。 </p><p>　　SMT電鑄模版制作步驟</p><p><b>　　邊緣效應(yīng)</b></p><p>　　電鑄為鎳離子在電場作用下在負(fù)極沉積的過程, 電

16、力線分布是根據(jù)負(fù)極形狀來確定的, 對于紅色圖形區(qū)域, 電力線分布密度較高,四周無圖形區(qū)域分布密度較低, 電力線密度高,就</p><p>　　沉積速度快,電力線密度低, 沉積速度就慢, 這決定了電鑄鋼片的厚度在圖形區(qū)域 和四周空白區(qū)域 存在厚度差異, 在厚度為 120 um 左右的情況下, 四周厚度一般偏薄 15 ~ 20 um, 隨厚度的增加, 差異值會增大, 這個原理國內(nèi)外做電鑄的概莫能外.</p>

17、;<p>　　2.1影響電鑄過程的金屬沉積邊緣效應(yīng)的主要工藝參數(shù)</p><p><b>　　1）溫度</b></p><p>　　升高溫度會增大離子的擴(kuò)散速率，導(dǎo)致濃差極化降低，同時升高溫度還會使得放電離子具有更高的活化能，因而降低了電化學(xué)極化，所以溫度升高會降低陰極極化，從而影響Ni2+在陰極的沉積速率，所以溫度為消除邊緣效應(yīng)實驗中的重要工藝參數(shù)。同

18、時升高溫度使得鍍液電導(dǎo)增加，電流效率也增加，可以相應(yīng)的提高電流密度，在實驗過程中可以綜合溫度和電流密度分析它們對邊緣效應(yīng)的影響。</p><p>　　2）主鹽-鎳離子濃度</p><p>　　鎳離子濃度低，鍍液分散能力高，有利于圖形處，鍍層的均勻性，對邊緣效應(yīng)可以起到改善的作用；鎳離子濃度高時，可以提高陰極電流效率，鍍液導(dǎo)電率高，電流密度的上限增大，有利于提高生產(chǎn)效率。</p>

19、<p><b>　　2）攪拌</b></p><p>　　流量、陰極移動、震動、噴射方式及噴嘴到板面距離，這幾種都是攪拌常用的幾種方式，不同攪拌強(qiáng)度，會使得擴(kuò)散層厚度不同,離子濃度在圖形開口處和空白處不同，從而使得鎳在這兩處的沉積速率不同，從而影響邊緣效應(yīng)。</p><p><b>　　5）電流密度</b></p>&

20、lt;p>　　實驗原理分析可知產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的最根本原因為電流密度分布不均，所以電流密度為本次實驗過程中重要的工藝參數(shù)。提高電流密度，提高了陰極極化，使得Ni2+沉積速率增加，對邊緣效應(yīng)產(chǎn)生影響。</p><p><b>　　7）電流加載形式</b></p><p>　　1. 直流：金屬離子趨近陰極不斷被沉積，因而不可避免地造成濃差極化，影響鍍層的均勻性，從而影響

21、區(qū)域相對無圖形區(qū)域的邊緣效應(yīng)。</p><p>　　2. 直流脈沖：采用直流脈沖電鍍在電流導(dǎo)通時，接近陰極的金屬離子被充分地沉積；當(dāng)電流關(guān)斷時，陰極周圍的放電離子又重新恢復(fù)到初始濃度。這樣陰極表面擴(kuò)散層內(nèi)的金屬離子濃度就得到了及時補(bǔ)充，擴(kuò)散層周期間隙式形成，從而減薄了擴(kuò)散層的實際厚度。如果使用短脈沖，則將出現(xiàn)非常大的電流強(qiáng)度，這將使金屬離子處在直流電鍍實現(xiàn)不了的極高過電位下沉積，極化程度加大，分散能力更好，從而改

22、善鍍層性能，其作用和在電鍍液中加入添加劑的作用相似。關(guān)斷時間的存在不僅對陰極附近濃度恢復(fù)有好處，而且還會產(chǎn)生一些對沉積層有利的重結(jié)晶、吸脫附等現(xiàn)象。</p><p>　　3. 換向脈沖：當(dāng)開負(fù)脈沖時鍍件為陽極，表面尖端及不良的鍍層優(yōu)先溶解，使鍍層周期性地被整平，同時陰、陽極的濃差極化都減小，從而改善鍍層均勻性。</p><p>　　6）綜合考慮總鎳、溫度、流量和電流密度在協(xié)同作用下，對圖形

23、開口邊緣效應(yīng)的影響：在新槽物理參數(shù)固定的條件下，進(jìn)行了大量的單因素實驗，發(fā)現(xiàn)以下工藝條件的變化對圖形開口邊緣效應(yīng)均存在一定的影響，由于存在一些條件的制約，沒有進(jìn)行過協(xié)同作用下的綜合實驗，所以在此結(jié)合之前的單因素實驗結(jié)果，分析個工藝參數(shù)的范圍，在各參數(shù)范圍內(nèi)，采用DOE優(yōu)化方式設(shè)計實驗，其中各參數(shù)的范圍及它們之間的條件制約如下。</p><p>　　表1.工藝參數(shù)的影響</p><p>　　

24、2.2表征邊緣效應(yīng)的方法</p><p>　　1）在新槽實驗中采用生產(chǎn)所用芯摸（600*600），均使用相同的菲林，并且在電鑄過程中，每一塊試板上圖形位置均相同，邊緣效應(yīng)的表征采用公式（1）和（2），實驗過程中主要以圖形中大開口BGA和小開口BGA 作為邊緣效應(yīng)的表征對象。</p><p>　　A%=(a-c)/c*100% （1）</p><p&g

25、t;　　B%=(b-c)/c*100% （2）</p><p>　　其中：a—大BGA處厚度平均值</p><p>　　b—小BGA處厚度平均值</p><p>　　c—整板基準(zhǔn)厚度平均值</p><p>　　A%—大BGA處邊緣效應(yīng)</p><p>　　B%—小BGA處邊緣效應(yīng)</p>

26、<p>　　2) 三次元光學(xué)圖像分析鍍層在圖形處（BGA處），正面（上表面）及切片（側(cè)面）的表面形貌。</p><p><b>　　三、實驗設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1實驗流程</b></p><p><b>　　實驗流程：</b></p><p&

27、gt;　　除油 —— 水洗 —— 活化（20min）——貼膜（3層）—— 曝光——顯影——水洗——活化（5min）——去離子水洗——電鑄——水洗——脫膜——水洗——刷板——剝離——結(jié)果測試</p><p>　　本試驗中設(shè)計了上文所述參數(shù)對電鍍過程的影響單因素實驗，在研究單因素實驗同時保持其他所有參數(shù)不變。</p><p><b>　　3.2實驗參數(shù)設(shè)計</b><

28、/p><p>　　根據(jù)以前的實驗參數(shù)及相關(guān)經(jīng)驗設(shè)定以下試驗參數(shù)：</p><p><b>　　表一、溫度參數(shù)</b></p><p><b>　　表二、總鎳濃度參數(shù)</b></p><p>　　表三、流量工藝參數(shù)1</p><p>　　表四. 流量相關(guān)參數(shù)2</p>

29、<p>　　表五、連續(xù)變化流量相關(guān)參數(shù)3</p><p>　　表六、振動過程相關(guān)參數(shù)</p><p>　　表七、電流加載形式相關(guān)參數(shù)</p><p>　　表八. 直流脈沖參數(shù)電流參數(shù)</p><p>　　表九. 換向各電流參數(shù)</p><p>　　表十、DOE方案設(shè)計實驗參數(shù)表</p><

30、;p><b>　　四、試驗結(jié)果與討論</b></p><p>　　4.1溫度對電鑄過程中邊緣效應(yīng)的影響</p><p>　　下表為不同溫度下所做試板的邊緣效應(yīng)，可以看出溫度變化對圖形開口處（大BGA，小BGA）相對于整板基準(zhǔn)厚度的邊緣效應(yīng)影響不大，說明因溫度變化而引起的離子擴(kuò)散速率的變化對圖形處邊緣效應(yīng)的影響可以忽略。</p><p>　

31、　表1中還可以看出，大開口BGA的邊緣效應(yīng)更為嚴(yán)重，這是由于圖形開口較大，在電鑄過程中單位面積上干膜所占有的面積比例也就要高，從而在開口邊緣處電力線更為集中，電流密度也更高，使得大開口BGA處邊緣效應(yīng)較小開口處更為嚴(yán)重。</p><p>　　表1.圖形開口處邊緣效應(yīng)</p><p>　　圖1 69號板（50℃）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p>

32、;<p>　　圖2. 70號板（60℃）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖3. 71號板（40℃）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖1、圖2和圖3 分別為兩種BGA開口處的三次元光學(xué)圖，均為放大200倍，其中圖a和圖c為鍍層的上表面形貌，圖b和圖d為鍍層的橫截面形貌。圖中可

33、以看到孔壁，這是由于干膜在曝光時受到了影響，顯影后干膜柱發(fā)生了變形而使得開口不直。同時在此采用的三次元光學(xué)圖，只是表征圖形開口區(qū)域內(nèi)部的邊緣效應(yīng)。圖中可以看出在不同溫度下，大開口BGA的邊緣效應(yīng)均較嚴(yán)重，并呈馬鞍形且它們的表面和截面形貌特征也基本相同，說明溫度變化對大開口BGA邊緣效應(yīng)的影響不大。圖中還可以看出小開口BGA圖形區(qū)域的邊緣效應(yīng)與大開口BGA的邊緣效應(yīng)有很大的不同，在不同溫度下兩孔之間的鍍層均平直，特別是在40℃和50℃時，

34、在圖形區(qū)域的范圍內(nèi)可以認(rèn)為不存在邊緣效應(yīng)，但是在3個不同的溫度下，在孔的邊緣處存在倒角，60℃時這一現(xiàn)象較為嚴(yán)重，并且呈一定方向性排補(bǔ)，說明孔邊緣處形成倒角是由于溫度的升高，使得鍍液的分散能力下降，沉積出的鍍層的不均勻性提高而導(dǎo)致的。</p><p>　　產(chǎn)生以上情形的原因分析</p><p>　　1. 圖形區(qū)與無圖形區(qū)相比，在相同的工藝條件下，由于開口處（BGA）干膜的影響，使得離子在圖

35、形處的離子交換速率小于無圖形處，本該使得圖形處鍍層更薄，但同樣由于干膜的影響，在圖形區(qū)域電流向無干膜的位置集中，從而使得圖形處單位面積上的電流密度要高于無圖形處從而產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，并且相對于離子交換速率而言電流的集中占主導(dǎo)，所以圖形處鍍層的厚度要高于無圖形處。這同時也說明通過改變溫度從而改變離子交換速率來抵消由于電流集中而引起邊緣效應(yīng)的方法還行不通。</p><p>　　2. 在大開口BGA圖形區(qū)域，邊緣效應(yīng)呈馬鞍

36、形，是由于干膜在單位面積上所占比例較高，在鎳的沉積過程中電流向無干膜的位置集中，使得孔壁處鎳離子沉積速率超過因離子交換不足而引起的孔壁處變薄，并占主導(dǎo)作用，從而使得鍍層呈兩邊厚中間薄的馬鞍形。</p><p>　　3. 在小開口BGA圖形區(qū)域，干膜在單位面積上所占有的比例較低，電流向無干膜的位置集中所引起的邊緣效應(yīng)還不能抵消因離子交換不足而引起的孔壁處變薄，從而形成倒角。</p><p>

37、　　4.2主鹽濃度對電鑄邊緣效的影響</p><p>　　邊緣效應(yīng)隨總鎳含量變化的關(guān)系曲線見圖1，可以看出其它工藝相同的條件下隨總鎳的提高，圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)的變化并不明顯，大BGA邊緣效應(yīng)在35%~38%的范圍內(nèi)，小BGA在17%~22%的氛圍內(nèi)，可以認(rèn)為總鎳變化對圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)沒有影響。</p><p>　　圖1.邊緣效應(yīng)隨總鎳含量變化關(guān)系曲線</p><p>

38、　　圖2和圖3分別為總鎳50g/L和80g/L時圖形開口處邊緣效應(yīng)形貌圖，其它總鎳含量條件下大BGA和小BGA開口處邊緣效應(yīng)形貌圖與圖2和圖3基本相同，可以看出總鎳變化對開口處邊緣效應(yīng)影響不大。綜合分析之前的單因素實驗和DOE實驗，結(jié)果表明開口處邊緣效應(yīng)只是與流量大小相關(guān)，在流量為100L/min條件下均能夠達(dá)到較好的效果。</p><p>　　圖2.總鎳為50g/L時圖形開口處邊緣效應(yīng)形貌</p>

39、<p>　　圖3. 總鎳為80g/L時圖形開口處邊緣效應(yīng)形貌</p><p>　　由以上分析可以看出總鎳含量的變化，對圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)可圖形開口處邊緣效應(yīng)均沒有影響。</p><p>　　4.3流量對電鑄邊緣效應(yīng)的影響</p><p>　　4.3 .1固定流量變化對邊緣效應(yīng)的影響</p><p>　　表2與圖1為圖形區(qū)域相對無圖形

40、區(qū)域邊緣效應(yīng)隨流量的變化，可以看出流量為0時大開口BGA與小開口BGA邊緣效應(yīng)值最小，隨流量的增加大開口BGA邊緣效應(yīng)值呈無序的變化，但于0流量時相比開了流量邊緣效應(yīng)變嚴(yán)重，小開口BGA邊緣效應(yīng)值則隨流量的增加而增加，說明流量的突變對大開口BGA的邊緣效應(yīng)有較大影響，而對小開口BGA影響較小</p><p>　　表2. 圖形區(qū)域相對無圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)</p><p>　　圖1. 圖形區(qū)域相

41、對無圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)隨流量變化關(guān)系</p><p>　　表3為圖形區(qū)域內(nèi)（BGA）開口處邊緣效應(yīng)形貌對比，當(dāng)流量小于100 L/min時大開口和小開口BGA兩孔空隙之間鍍層均較平直，在孔邊緣處流量為0和100 L/min時大開口BGA區(qū)域內(nèi)均勻性較好，小開口BGA流量為100L/min時圖形區(qū)域內(nèi)均勻性較好。當(dāng)流量大于200 L/min時大開口BGA兩孔空隙之間鍍層呈馬鞍形，邊緣效應(yīng)嚴(yán)重，而小BGA在流量為200

42、L/min和300L/min均勻性較好，流量為450L/min圖形處邊緣效應(yīng)均較重。說明流量對圖形區(qū)域內(nèi)邊緣效應(yīng)影響很大。</p><p>　　表3. 圖形區(qū)域內(nèi)開口處邊緣效應(yīng)形貌</p><p>　　其中具體的圖形開口處的表面和截面形貌見下圖：</p><p>　　圖1 72號板（0流量）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p&

43、gt;<p>　　圖2 73號板（100L/min）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖3 74號板（200L/min）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖4 75號板（300L/min）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p>&l

44、t;p>　　圖5 76號板（450L/min）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p><b>　　分析與討論</b></p><p>　　根據(jù)以上實驗結(jié)果建立了圖2 所示圖形處鍍層的模型，圖中邊緣效應(yīng)1為圖形區(qū)域相對于無圖形區(qū)域的邊緣效應(yīng)；邊緣效應(yīng)2為圖形內(nèi)部開口（BGA空）邊緣處的邊緣效應(yīng)。它們的產(chǎn)生主要是由于在整個圖形

45、區(qū)域（BGA）干膜的影響使得圖形區(qū)域內(nèi)開口（BGA孔）之間空隙處的電流密度高于無圖形處，在溫度、攪拌等其它工藝參數(shù)一定的情況下圖形處鍍層的沉積速率高于無圖形處，產(chǎn)生邊緣效應(yīng)1；流量較大時產(chǎn)生邊緣效應(yīng)2。</p><p>　　以上的實驗結(jié)果中可以看出流量對邊緣效應(yīng)1的影響不大，只是在0流量和有流量時邊緣效應(yīng)1的數(shù)值有較大的變化，并且0流量時在孔的邊緣處出現(xiàn)了倒角，說明電鍍過程中需要一定的流量，否則離子在圖形開口處補(bǔ)

46、充不足。流量對邊緣效應(yīng)2有很大的影響表3中可以看出流量為100 L/min時，大開口和小開口BGA的邊緣效應(yīng)2已經(jīng)很輕微，在整個討論流量變化的實驗中為最佳。</p><p>　　圖2 圖形處鍍層模型</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　1. 實驗結(jié)果和分析表明，改變流量對邊緣效應(yīng)2可以起到改善的作用，并且在流量為100

47、 L/min達(dá)到最佳。</p><p>　　2. 流量變化對邊緣效應(yīng)1的影響不大，對要消除或是減弱邊緣效應(yīng)1，應(yīng)該從鍍液的組分，主要為添加劑方面去考慮。</p><p>　　4.3.2固定連續(xù)流量對電鑄邊緣效應(yīng)的影響</p><p>　　不同流量大小和開啟方式對圖形區(qū)域及開口處邊緣效應(yīng)的影響，對比結(jié)果見表1和表2。其中實驗1、4和5為以前的實驗結(jié)果，采用其作為對比分

48、析。從表2開口處邊緣效應(yīng)可以看出：</p><p>　　0流量時，干膜之間開口處（空隙-孔）離子補(bǔ)充不足邊緣處形成倒角；</p><p>　　流量為100L/min時，離子補(bǔ)充存在輕微的不足，有輕微的倒角；</p><p>　　流量為450L/min時，離子補(bǔ)充較為充足，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的凸起；</p><p>　　實驗2和3采用的為混合流量，可

49、以看出電鍍過程中不同時間采用不同的流量，離子交換變化引起的邊緣效應(yīng)可以進(jìn)行互補(bǔ)，從而開口處邊緣效應(yīng)得到改善。</p><p><b>　　分析</b></p><p>　　結(jié)合表1的數(shù)據(jù)可以看出，邊緣效應(yīng)的形成始終都是由電流集中占主導(dǎo)，由于干膜的影響，圖形區(qū)域的電流密度要高于無圖形區(qū)域，孔邊緣處（鍍層與干膜交界處）隨鍍層的生長，形成了尖角，產(chǎn)生尖端效應(yīng)，所以孔邊緣處電

50、流密度最高。在此條件下，表1中可以看出流量較?。?，100L/min）的情況下，鎳的沉積效率得到抑制，從而表現(xiàn)為圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)數(shù)值更小，同時從實驗2和實驗3的對比也可以看出這一趨勢。</p><p>　　表1. 圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)</p><p>　　表2. 開口處邊緣效應(yīng)</p><p>　　利用三次元進(jìn)行觀察：</p><p>　　圖1.

51、流量為100L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　圖2.流量為375 + 0 L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　圖3. 流量為0+ 375 L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　圖4. 流量為450L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　由以上分析電鍍過程中不同時間采用不同的流

52、量，離子交換變化引起的邊緣效應(yīng)可以進(jìn)行互補(bǔ)。</p><p>　　4.3.3連續(xù)變化流量對電鑄邊緣效應(yīng)的影響</p><p>　　1、流量實驗對邊緣效應(yīng)的實驗結(jié)果如表2和圖1。其中實驗1、4、5為前段實驗結(jié)果。</p><p>　　2、實驗2、3對比可知，實驗2的邊緣效應(yīng)比實驗3的邊緣效應(yīng)大，大開口大了近5%，小開口大了近3%，并且超過了之前采用固定流量，在不同工藝

53、條件下圖形區(qū)域的邊緣效應(yīng)，這說明實驗2連續(xù)流量（375-0）開啟方式可以使離子在圖形開口內(nèi)部（孔內(nèi)）的交換足夠充分，電流集中引起的邊緣效應(yīng)更加嚴(yán)重，但是目前對它具體的作用和影響原理還不清楚。</p><p>　　3、結(jié)合表2和表3可以看出，采用連續(xù)流量后，邊緣效應(yīng)的形式也與固定流量不同。固定流量：大流量時，離子交換充足，而在孔邊緣處由于電流密度最高，所以開口之間鍍層形成馬鞍形，圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)也表現(xiàn)為較大的值；連

54、續(xù)流量：表2中兩種連續(xù)流量方式，圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)均表現(xiàn)為較大的值，離子交換充足，但開口之間鍍層平直，開口邊緣處凸起并不嚴(yán)重，這與電流在圖形區(qū)域的集中方式相矛盾，有必要進(jìn)行重復(fù)驗證實驗。</p><p>　　表2.圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)</p><p>　　表3.開口處邊緣效應(yīng)</p><p>　　用三次元對其觀察，圖示如下</p><p>　　圖1

55、.流量為100L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　圖2.流量為375 - 0 L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖 </p><p>　　圖3. 流量為0-375 L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　圖4. 流量為450L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>

56、　　圖5. 流量為0L/min條件下開口處邊緣效應(yīng)圖</p><p>　　4.4震動對電鑄邊緣效應(yīng)的影響</p><p>　　采用不同的震動參數(shù)及陰極移動參數(shù)，對所做厚板圖形區(qū)域相對無圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)結(jié)果見表2，可以看出不同的震動時間和停止時間對邊緣效應(yīng)影響不大；不同的陰極移動頻率對大開口BGA邊緣效應(yīng)影響不大，小開口BGA的邊緣效應(yīng)則隨陰極移動頻率的增加而改善。</p>&

57、lt;p>　　表2. 圖形區(qū)域相對無圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)</p><p>　　大開口BGA和小開口BGA圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)形貌見表3，其中2級表示在程度上要比1級嚴(yán)重?？梢钥闯稣饎雍完帢O移動的改變對BGA開口處邊緣效應(yīng)的影響不大。與73號板相比不采用震動（停）時孔邊緣處邊緣效應(yīng)呈輕微到角2級，不采用陰極移動（0）時孔邊緣處邊緣效應(yīng)呈輕微凸起2級。</p><p>　　表3. 圖形區(qū)域內(nèi)開口

58、處邊緣效應(yīng)形貌</p><p>　　其中具體的圖形開口處的表面和截面形貌如下圖示：</p><p>　　圖1 77號板（震10S停5S）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖2 78號板（震動為0）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖3 79號板

59、（陰極移動為0）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖4 80號板（陰極移動頻率為30Hz）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖5 81號板（陰極移動頻率為60Hz）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖6 82號板（陰極

60、移動頻率為90Hz）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　圖7 83號板（陰極移動頻率為110Hz）的三次元圖，放大200倍（a、b為大BGA，c、d為小BGA）</p><p>　　由以上分析可以看出流量大小、震動和陰極移動均為鍍液的攪拌方式，本實驗過程中流量固定為上一次實驗所得到的最佳值：100L/min，從而討論震動和陰極移動對邊緣效應(yīng)

61、的影響。以上實驗結(jié)果表明采用不同的震動參數(shù)和陰極移動參數(shù)，對圖形的邊緣效應(yīng)和圖形內(nèi)開口處的邊緣效應(yīng)影響均不大，但考慮到震動的作用主要為減少鍍層及圖形開口孔壁處所吸附的氣泡，提高鍍層的質(zhì)量所以在電鍍過程中我們把震動震10S停10S震10S停10S的參數(shù)設(shè)置為：震10S停10S。同樣采用陰極移動，可以提高鍍層的均勻性，所以設(shè)置陰極移動頻率為：110Hz。</p><p>　　4.5電流密度對電鑄邊緣效應(yīng)的影響<

62、/p><p>　　對于電流密度單獨進(jìn)行了菲林的設(shè)計，具體試驗如下：</p><p><b>　　1、菲林的設(shè)計</b></p><p>　　表1.本次實驗用菲林設(shè)計了兩種開口：圓孔和方孔</p><p><b>　　2、實驗步驟</b></p><p>　　采用單獨設(shè)計的菲林，進(jìn)

63、行曝光，在新槽中進(jìn)行電鍍，鍍層平均厚度為120µm，分別做兩塊板：</p><p>　　1）時間：7.5h，電流：直流54A，溫度：50℃，流量375L/min。</p><p>　　2）時間：6h15min，電流：直流65A，溫度：50℃，流量375L/min。</p><p><b>　　測試方法：</b></p>

64、<p>　　選擇直徑一樣,間距遞增的一排圖形,用千分尺測量。每個區(qū)域測5個點，中間一個點，四個角各一個點后取平均值，然后再進(jìn)行對比。在電流密度遞增的條件下區(qū)分析圖形區(qū)鍍層厚度，最后通過厚度差分析PC-3與電流密度大小的關(guān)系。</p><p><b>　　3、實驗結(jié)果與分析</b></p><p>　　圖A-F分別為相同開口大小，不同的開口密度（參數(shù)見表1），

65、圖形區(qū)域邊緣效應(yīng)與開口密度關(guān)系曲線。其中A-F每個圖形開口大小相同，開口間距逐漸減小，單位面積上開口密度加大，從而圖形區(qū)域電流集中也逐漸加大，邊緣效應(yīng)增加。兩條曲線分別為兩種電流條件（54A，65A）下得到的結(jié)果。</p><p><b>　　結(jié)果表明：</b></p><p>　　1）PC-3吸附層厚度與電流密度大小之間的相關(guān)性不明顯，因為電流為65A時，曲線并沒有

66、在整體上并沒有上移或下移，沒有出現(xiàn)電流加大，吸附層厚度加厚，阻鍍作用加強(qiáng)，邊緣效應(yīng)整體減弱這一現(xiàn)象。</p><p>　　2）兩種電流的曲線變化較大，說明電流密度大小對邊緣效應(yīng)有較大的影響，65A的斜率更小，這說明不同開口密度，電流集中程度不同的條件下，高的電流密度有利于縮小它們之間邊緣效應(yīng)的差距，這對整板具有多種復(fù)雜圖形而言，這有利于提高各圖形邊緣效應(yīng)均勻性。</p><p><b