一种基于伏安循环法监控深镀能力的方法与流程

1.本发明涉及pcb(printed circuit board，印制线路板)技术领域，尤其涉及一种基于伏安循环法监控深镀能力的方法。


背景技术：

2.随着5g产品的快速发展和应用推广，印制线路板向高速高密设计趋势越发明显，如通讯领域已经成熟的56g速率核心网交换机及路由器板厚4.5mm，通孔纵横比30:1，兼有1-4层的深微盲孔设计。目前该类产品正逐步突破112g的速率，其设计布局更加密集，其相关工艺制作难度也越大，对于湿流程镀铜的深镀能力的稳定性维护瓶颈更加突出。
3.电镀是在外加电流的作用下，使镀液发生氧化还原反应的一种电化学过程。为确保电镀涂层表面的平整性，往往需要在镀液中添加添加剂，其中常用的添加剂有光泽剂、湿润剂和整平剂，添加剂的浓度在一定程度上会影响深镀能力。
4.目前，针对镀铜产品的深镀能力稳定性的监控，主要采用以下方法：利用cvs(cyclic voltammetry stripping，循环伏安剥离)分析仪分析镀液中有机添加剂的浓度，同时对产线产品定期抽样制作金相切片以获取实际产品的深镀能力状态，然后工程师结合cvs分析仪分析的添加剂浓度和产线产品的实际深镀能力状态来判断是否需要对镀液进行调整，进而进行相应的添加剂浓度调整操作，以维护深镀能力的稳定。
5.cvs能够分析槽液稳定性并将结果量化，cvs精确分析所得的结果，可以用来作为添加剂的添加依据，帮助工程师更好地控制电镀工艺。但是，上述方法也存在一定弊端：
6.首先是需要人工来根据产线产品的实际深镀能力状态判断当前的添加剂浓度是否合适，进而分析判断添加剂浓度的调整幅度，难度较高，准确率较低；
7.其次是实际产品的切片分析操作需要耗费大量的人力物力资源，并且对产线问题的识别存在滞后性，当工程师通过上述方法发现问题时，实际产线的问题产品已经出至下一甚至更远工艺流程，对于批量大的产品挑选识别出问题板十分困难，通常只能直接批量报废以免问题漏至客户端，因此该方法目前存在重大产品品质隐患。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种基于伏安循环法监控深镀能力的方法，以克服现有技术存在的人工分析难度大、成本高及产品品质隐患高的缺陷。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.一种基于伏安循环法监控深镀能力的方法，包括：
11.提供至少一条标准曲线，所述标准曲线反映深镀能力与阴极电流的对应关系，且不同所述参考标准曲线对应不同板厚区间的电镀产品；
12.根据当前电镀产品的板厚选取对应的标准曲线，作为参考曲线；
13.提取当前电镀产品的镀液并利用cvs机对所述镀液分析，在分析过程中从所述cvs机获取实际阴极电流，依据所述参考曲线确定实际深镀能力。
14.可选的，所述方法还包括：
15.判断所述实际深镀能力是否低于预设的目标深镀能力阈值，若是，则对所述镀液的添加剂浓度进行调整，直至所述实际深镀能力不低于所述目标深镀能力阈值；所述添加剂包括光亮剂、整平剂和/或湿润剂。
16.可选的，所述对镀液的添加剂浓度进行调整的方法包括：
17.根据所述参考曲线以及所述目标深镀能力阈值，确定能够实现实际深镀能力不低于目标深镀能力阈值的阴极电流参考范围；
18.若所述实际阴极电流低于所述阴极电流参考范围中的最低电流阈值，则补加所述光亮剂、停加所述整平剂或者先补加所述光亮剂再停加所述整平剂；
19.若所述实际阴极电流高于所述阴极电流参考范围中的最高电流阈值，则停加所述光亮剂、补加所述整平剂或者先停加所述光亮剂再补加所述整平剂。
20.可选的，所述对镀液的添加剂浓度进行调整的方法还包括：
21.获得能够实现实际阴极电流不超出所述阴极电流参考范围的光亮剂浓度参考范围和整平剂浓度参考范围；
22.补加/停加所述光亮剂的方式为：补加/停加所述光亮剂直至所述光亮剂浓度参考范围的中值；
23.补加/停加所述整平剂的方式为：补加/停加所述整平剂直至所述整平剂浓度参考范围的中值。
24.可选的，所述阴极电流参考范围为2.0
×
10-3
a～3.5
×
10-3
a，所述光亮剂浓度参考范围为0.7ml/l～1.3ml/l，所述整平剂浓度参考范围为7.5ml/l～9.0ml/l。
25.可选的，还包括：在所述分析过程中，从所述cvs机获取实际阳极极化曲线，根据所述实际阳极极化曲线判断所述镀液是否发生污染。
26.可选的，所述判断所述镀液是否发生污染的方法包括：
27.提供参考阳极极化曲线，所述参考阳极极化曲线由所述cvs机在所述镀液处于无污染状态时分析获得；
28.将所述实际阳极极化曲线与所述参考阳极极化曲线对比，根据曲线斜率差异判断所述实际阳极极化曲线是否异常，若异常则判定所述镀液发生污染。
29.可选的，所述标准曲线的绘制方法包括：
30.结合阴极电流、电导率、产品孔径、产品板厚和/或电位系数与所述深镀能力的关系来绘制所述标准曲线。
31.可选的，根据关系式tp～(kd/il2)
×
μ来绘制所述标准曲线；
32.其中，tp表示深镀能力，k表示电导率(不动)，d表示产品孔径(按照最难的来算)，i表示阴极电流，l表示产品板厚，μ表示电位系数，～表示线性对应关系。
33.可选的，自动化实现对所述镀液的添加剂浓度的调整。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
35.本发明实施例通过预先绘制反映深镀能力与阴极电流对应关系的标准曲线，并选取其中与当前电镀产品匹配的标准曲线作为参考曲线，继而根据当前针对镀液分析获得的阴极电流，即可简单、快速且精准地确定应用该镀液对当前电镀产品电镀时所能发挥出的实际深镀能力，从而实现深镀能力的精准监控。与传统的人工切片分析的方式相比较，由于
能够实现自动在线实时监控，因此本发明实施例不仅可以大大节省人力物力成本，提高监控的准确度，而且可以及时的发现问题，降低滞后性，大大提升镀铜产品深镀能力的稳定性。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
37.图1为现有的cvs机分析槽的工作示意图；
38.图2为本发明实施例提供的基于伏安循环法监控深镀能力的方法流程图。
39.图3为本发明实施例提供的反映深镀能力与阴极电流的对应关系的标准曲线。
40.图4为本发明实施例提供的正常阳极极化曲线。
41.图5为本发明实施例提供的异常阳极极化曲线。
具体实施方式
42.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
43.请参阅图1所示的cvs机分析槽工作示意图，cvs机的分析过程是通过一个带有三个电极(工作电极、参比电极、辅助电极)的电化学槽来实现的。在cvs测试过程中，工作电极上的电流会在设定的正负电压之间以固定的速率进行扫描，使得工作电极循环的切换为阳极或阴极，进而槽液中的金属会不断的被剥离或沉积在工作电极上。
44.由于不同特性、不同浓度的添加剂最终会影响金属沉积的速率，而电镀速度可以通过从工作电极上剥离金属所需要的电流来计算，根据剥离电流和添加剂的特性之间的关系也就可以计算添加剂的成分，最后的测试结果以浓度ml/l来表现。cvs机实际就是根据测量不同特性、不同浓度的添加剂对电镀速度的影响，从而确定镀液中各类添加剂的有效浓度。
45.本发明经过长期且深入的研究分析发现，阴极电流与深镀能力具有一定的相关性，阴极电流大小指单位时间内在阴极通过的电量的多少，阴极电流与阴极通过的电量呈正比，即阴极电流越大，阴极通过的电量越多，理论电镀效率也越高。但实际体现阴极上的电镀效果未必成正相关，电镀效率高可能体现在阴极板面，也可能体现阴极孔中。若体现在阴极板面时，则深镀能力弱，若体现在阴极孔内时，则深镀能力强。因为阴极板具有板厚、孔径以及图形分布等差异，此差异会导致阴极板面有高低电流密度区域之分，在一定的阴阳极距离条件下，不同产品其深镀能力不同。本发明通过测试实际数据统计出不同板厚产品深镀能力满足要求时所对应的最佳阴极电流区间。而目前的cvs机在分析测试过程中分析输出的数据除了添加剂浓度以外，还包括阴极电流、阳极电流、电量等数据，而目前这些数
据尚未进行有效利用。
46.基于此，请参阅图2，本发明提供了一种基于伏安循环法监控深镀能力的方法，包括：
47.步骤101、提供至少一条标准曲线，该标准曲线反映深镀能力与阴极电流的对应关系，且不同参考标准曲线对应不同板厚区间的电镀产品。
48.由于板厚是深镀能力的重要影响因素之一，因此本发明实施例针对位于不同板厚区间的电镀产品分别绘制对应的标准曲线。
49.示例性的，图3中示出了多条标准曲线，分别对应于板厚为3.0-4.0mm的电镀产品、板厚为4.0-5.0mm的电镀产品、板厚为5.0-6.0mm的电镀产品、板厚为6.0-7.0mm的电镀产品、板厚为7.0-8.0mm的电镀产品。
50.以设定的深镀能力最低标准(下文简称为目标深镀能力阈值)为70％为例，为方便区分，可以按照深镀能力由高至低将图3划分为以下三个灰度区域：一级标准区(即实际深镀能力远超过目标深镀能力阈值，深镀能力优)、二级标准区(即实际深镀能力高于但临近目标深镀能力阈值，深镀能力良)和不合格区(即实际深镀能力低于临近目标深镀能力阈值，深镀能力差)。
51.具体的，标准曲线的绘制方法可包括：结合阴极电流、电导率、产品孔径、产品板厚和/或电位系数与深镀能力的关系来绘制标准曲线。示例性的，根据关系式tp～(kd/il2)
×
μ来绘制所述标准曲线；其中，tp表示深镀能力，k表示电导率(不动)，d表示产品孔径(按照最难的来算)，i表示阴极电流，l表示产品板厚，μ表示电位系数，～表示线性对应关系。
52.步骤102、根据当前电镀产品的板厚选取对应的标准曲线，作为参考曲线。
53.在执行后续的深镀能力监控操作前，需要先确定当前电镀产品的板厚，根据该板厚所位区间来选取匹配的标准曲线作为参考曲线，以确保监控结果的准确性。
54.步骤103、提取当前电镀产品的镀液并利用cvs机对镀液分析，在分析过程中从cvs机获取实际阴极电流，依据参考曲线确定实际深镀能力。
55.继续以图3为例，可以理解的是，根据所选取的参考曲线以及实际阴极电流，可以快速准确的确定当前的实际深镀能力。
56.综上，本发明实施例通过预先绘制反映深镀能力与阴极电流对应关系的标准曲线，并选取其中与当前电镀产品匹配的标准曲线作为参考曲线，继而根据当前针对镀液分析获得的阴极电流，即可简单、快速且精准地确定应用该镀液对当前电镀产品电镀时所能发挥出的实际深镀能力，从而实现深镀能力的精准监控。与传统的人工切片分析的方式相比较，由于能够实现自动在线实时监控，因此本发明实施例不仅可以大大节省人力物力成本，提高监控的准确度，而且可以及时的发现问题，降低滞后性，大大提升镀铜产品深镀能力的稳定性。
57.上述方法中，在确定实际深镀能力后，还可包括：
58.步骤104、判断实际深镀能力是否低于预设的目标深镀能力阈值，若是，则对镀液的添加剂浓度进行调整，直至实际深镀能力不低于目标阈值。
59.为实现深镀能力的稳定性，本步骤可采用自动调整镀液的添加剂浓度的方式，来使得实际深镀能力满足设定标准。
60.可以理解的是，在添加剂浓度的调整过程中，需要利用cvs机反复的进行实际阴极
电流的数据采集，当实际阴极电流所对应的实际深镀能力不低于目标深镀能力阈值时，说明实际深镀能力符合标准，即可停止添加剂浓度的调整操作。
61.需要说明的是，添加剂包括光亮剂、整平剂和湿润剂。整平剂主要为电化学吸附，在阴极的高电位区域吸附，对电子吸附与cu
2
形成竞争作用，从而实现高电位区域的cu沉积速率减慢，使得面铜与孔铜厚度接近。光亮剂主要作用为铜晶粒的细化剂，即使得铜面实现光亮。湿润剂，其作用是促进整平剂和光亮剂更好地溶解在镀液中，提高镀液的分散能力，其大分子多官能团结构特性，可与cu

和cl-结合形成长分子链薄膜，阻碍cu

在阴极面获得电子形成cu沉积。
62.在调整添加剂浓度时，可以选取其中的任意一种添加剂进行调整，均能够在一定程度上达到调整目的。但是，由于光亮剂和整平剂受电化学作用较大，而湿润剂因属于物理作用而受电化学作用较小，因此，为了确保调整效果，可仅调整光亮剂和/或整平剂的浓度。
63.在一种可选的实施方式中，可采用以下添加剂浓度调整方法：
64.根据参考曲线以及目标深镀能力阈值，确定能够实现实际深镀能力不低于目标深镀能力阈值的阴极电流参考范围；
65.若实际阴极电流低于阴极电流参考范围中的最低电流阈值，则补加光亮剂、停加整平剂或者先补加光亮剂再停加整平剂；
66.若实际阴极电流高于阴极电流参考范围中的最高电流阈值，则停加光亮剂、补加整平剂或者先停加光亮剂再补加整平剂。
67.应用该添加剂浓度调整方法时，在单独调整一种添加剂浓度(例如：仅补加或停加光亮剂、仅补加/停加整平剂)无法达到所需调整效果的情况下，可选择先调整光亮剂再调整整平剂的方式，这是由于与整平剂相比较而言，光亮剂的消耗比较快，比较容易控制，通过优先调整光亮剂的方式可以快速的达到调整目的。
68.进一步的，为了提高调整效率，对添加剂浓度进行调整的方法还包括：
69.获得能够实现实际阴极电流不超出所述阴极电流参考范围的光亮剂浓度参考范围和整平剂浓度参考范围；补加/停加光亮剂的方式为：补加/停加光亮剂直至光亮剂浓度参考范围的中值；补加/停加整平剂的方式为：补加/停加整平剂直至整平剂浓度参考范围的中值。
70.在步骤中，光亮剂浓度参考范围和整平剂浓度参考范围，可以通过反复的试验数据统计分析获得，作为添加剂浓度调整的辅助判断依据，以缩小调整幅度，实现有效调整，提高调整效率。
71.示例性的，阴极电流参考范围为2.0
×
10-3
a～3.5
×
10-3
a，光亮剂浓度参考范围为0.7ml/l～1.3ml/l，整平剂浓度参考范围为7.5ml/l～9.0ml/l。
72.在实际操作中，光亮剂浓度和整平剂浓度的调整频率、分析频率可以根据实际需求来灵活设定，本发明实施例对此不作限定。示例性的：光亮剂浓度的调整频率150ml/300ah(ah：安培小时)，分析频率为1次/0.5h，整平剂浓度的调整频率为调整频率75ml/700ah(ah：安培小时)，分析频率为1次/2h。
73.此外，本发明实施例提供的基于伏安循环法监控深镀能力的方法，还可以包括：在对镀液的分析过程中，从cvs机获取实际阳极极化曲线，根据实际阳极极化曲线判断镀液是否发生污染。
74.进一步的，判断镀液是否发生污染的方法包括：提供参考阳极极化曲线，该参考阳极极化曲线由cvs机在镀液处于无污染状态时分析获得；将实际阳极极化曲线与参考阳极极化曲线对比，根据曲线斜率差异判断实际阳极极化曲线是否异常，若异常则判定镀液发生污染。
75.阳极极化曲线的斜率为阳极电流的变化值/电压的变化值(相当于i/ω)。图4所示为正常阳极极化曲线的斜率变化规律：先为正值逐渐增大，当电流到达峰值后，斜率变成负值逐渐增大；图5所示为异常阳极极化曲线的斜率变化规律：先为正值逐渐增大，当电流到达峰值后，斜率则开始变为负值，然后突然变为正值，又突然变为负值逐渐减小。依据正常极化曲线和异常极化曲线的斜率变化差异，本发明实施例通过设定一定规律的函数来识别斜率是否正常，即可判断极化曲线是否异常。在自动识别出镀液发生污染后，可自动发出报警提示工程师。
76.与常规情况下根据产线输出的电镀产品品质来判断镀液是否污染的方式相比，本发明实施例采用根据阳极极化曲线来识别的方式，可及时发现问题以避免受影响的问题产品混入合格产品中而导致批量报废，大大提升了产品品质追溯能力。
77.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。