77G汽車?yán)走_(dá)板電鍍可靠性研究及改善

段倫永 趙德甫 桑光志

（江西志浩電子科技有限公司，江西 贛州 341799）

（深圳市五株科技股份有限公司，廣東 深圳 518101）

0 前言

據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2016～2022年中國毫米波雷達(dá)行業(yè)市場供需預(yù)測及投資戰(zhàn)略研究報(bào)告》顯示，至2020年，預(yù)計(jì)全球車載毫米波雷達(dá)出貨量可達(dá)7200萬顆。按國ADAS（汽車自動駕駛輔助系統(tǒng)）在2020年達(dá)到30%估算，每套ADAS需要4個(gè)短距毫米波雷達(dá)+1個(gè)長距毫米波雷達(dá)（77 GHz），則我國出貨量可達(dá)4500萬顆，市場規(guī)模將超200億。

77 GHz雷達(dá)波是主動安全和自動駕駛領(lǐng)域最重要的傳感器，關(guān)系到駕駛員的生命安全，因此77 GHz雷達(dá)板的可靠性問題就顯得尤為重要，目前板料主要是ROGERS的高頻材料，77 GHz雷達(dá)板有一個(gè)顯著的特征是高縱橫比的控深鉆機(jī)械孔，盲孔孔徑一般為300 μm、350 μm、400 μm、500 μm，縱橫比（AR）一般為1∶1，最小銅厚要求為25.4 μm。當(dāng)AR為1：1時(shí)傳統(tǒng)龍門直流/脈沖電鍍均會遇到很大技術(shù)瓶頸，而孔內(nèi)無銅和銅薄會直接影響到板的可靠性問題，本文主要是從電鍍方法予以研究以改善其缺陷。

典型的孔內(nèi)無銅切片前后圖片如下兩種類型（圖1、圖2）。

圖1 部分底部黑孔（左表面、右剖面）

圖2 全部底部黑孔（左表面、右剖面）

本文主要研究了振動強(qiáng)度的強(qiáng)弱對控深機(jī)械盲孔孔內(nèi)無銅和銅薄的改善，直流電鍍和脈沖電鍍對機(jī)械盲孔電鍍能力的對比研究，及新工藝預(yù)填孔電鍍對機(jī)械盲孔孔內(nèi)無銅和銅薄的改善三個(gè)層面做了研究。

1 飛巴振動強(qiáng)度對孔內(nèi)銅薄和孔內(nèi)無銅影響

飛巴振動對孔內(nèi)無銅改善，主要針對直流圖形電鍍，通過更換大功率的振動器，增強(qiáng)整個(gè)飛巴的振動強(qiáng)度，通過測試板研究對機(jī)械盲孔孔內(nèi)無銅和銅薄的改善，設(shè)計(jì)板如圖3。

在每個(gè)單元內(nèi)對應(yīng)設(shè)計(jì)了不同鉆孔孔徑（250 μm和500 μm），每種孔徑設(shè)計(jì)了三種不同的縱橫比（1∶1，1.2∶1和1.4∶1），對應(yīng)每個(gè)區(qū)域的詳細(xì)設(shè)計(jì)如表1。

圖3 測試板設(shè)計(jì)

振動分兩組測試，一組是振動器更改前時(shí)的測試，另一組是改為大功率的振動器后的測試，為保證其他因素的影響，測試定在同一個(gè)電鍍銅缸內(nèi)。改動前后測試飛把兩側(cè)和中間的振動強(qiáng)度數(shù)據(jù)如下：更換前飛巴兩側(cè)28.1 mm/s，飛巴中間23.3 mm/s；更換后飛巴兩側(cè)49.9 mm/s，飛巴中間44.0 mm/s。測試完成后，取對應(yīng)位置切片，用顯微鏡測量最小銅厚數(shù)據(jù)如圖4、圖5。

振動較小時(shí)電鍍最小銅厚很難做到25.4 μm，機(jī)械盲孔底部局部位置最小銅厚只有5 μm左右，并且都發(fā)生在盲孔底部一側(cè)的位置，圖形電鍍銅并未鍍上，按照缺陷的形狀及切片的圖片，初步斷定是在電鍍銅缸時(shí)氣泡在盲孔底部。由于縱橫比大，盲孔深度深，振動很小時(shí)氣泡很難排出，造成電鍍不上問題，通過更換大功率振動器，可以很好的改善此缺陷率。一旦出現(xiàn)此問題，在鍍錫前盲孔底部形成口袋孔，鍍錫時(shí)氣泡更難以排出，鍍錫不良導(dǎo)致在蝕刻時(shí)不能很好的保護(hù)鍍銅層，從而造成盲孔底部局部位置孔內(nèi)無銅。通過此測試證實(shí)通過調(diào)整振動強(qiáng)度的大小，可以很好地改善盲孔底部銅厚和孔內(nèi)無銅問題。

表1 測試板不同條件

圖4 孔徑250 μm振動更改前后最小銅厚

圖5 孔徑500 μm振動更改前后最小銅厚

圖6 孔徑250 μm，1:1振動更改

2 脈沖和直流電鍍對機(jī)械控深鉆孔內(nèi)銅厚和孔內(nèi)無銅的影響

脈沖電鍍對機(jī)械盲孔比直流電鍍更具有優(yōu)勢，試驗(yàn)設(shè)計(jì)三種不同的鉆孔孔徑，分別是300 μm，300 μm，500 μm，每種鉆孔孔徑分別鉆兩種不同深度的控深鉆孔，縱橫比分別為1∶1和1.1∶1，設(shè)計(jì)方案如圖7。

測試板排列設(shè)計(jì)如圖8，橫向第一排單元設(shè)計(jì)為300 μm的控深鉆孔，第二排為400 μm的控深鉆孔，第三排為500 μm的控深鉆孔；豎向第一第二排為1∶1縱橫比設(shè)計(jì)，第三第四排為1.1∶1縱橫比設(shè)計(jì)。

測試完成后AOI檢查黑孔，統(tǒng)計(jì)每塊板直流電鍍和脈沖電鍍?nèi)毕輸?shù)，直流電鍍和脈沖電鍍各做一個(gè)飛把，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖9。

通過以上AOI測試缺點(diǎn)點(diǎn)數(shù)可以看出直流電鍍?nèi)毕輸?shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于脈沖電鍍，當(dāng)縱橫比由1∶1增加到1.1∶1時(shí)直流電鍍不良數(shù)量激增，脈沖電鍍并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)缺陷。切片（見圖10）。

圖7 不同電鍍的試驗(yàn)方案

圖8 測試板排列設(shè)計(jì)

圖9 不同電鍍條件下的缺陷數(shù)

圖10 孔徑400 μm（左直流電鍍、右脈沖電鍍）

這與脈沖電鍍特性有關(guān)系，脈沖電鍍可以通過調(diào)整正反向電流比及正反向時(shí)間比增強(qiáng)深鍍的能力。另外脈沖電鍍設(shè)計(jì)是底部頂噴，可以增加盲孔底部藥水交換和有助于氣泡排出，從而有效改善盲孔底部銅厚問題和孔內(nèi)無銅問題。因此，采用脈沖電鍍方法可以進(jìn)一步改善銅厚及孔內(nèi)無銅的缺陷，而后期實(shí)際大批量生產(chǎn)過程中，脈沖電鍍整體缺陷比例確實(shí)比直流電鍍下降了很多，但是還是有少量板有孔內(nèi)無銅問題，缺陷集中在盲孔底部一側(cè)。

3 垂直連續(xù)銅填孔電鍍工藝

垂直連續(xù)銅填孔電鍍，主要應(yīng)用在HDI產(chǎn)品，激光孔徑一般較小，在7.5～10 μm之間，銅填孔工藝和普通電鍍相反，可以在盲孔底部拐角位置有更好的電鍍效果，另外表面電鍍銅厚較薄。采用垂直連續(xù)銅填孔電鍍方法，對大的控深鉆孔（孔徑300 μm、400 μm、500 μm）做預(yù)填孔或叫半填孔，這樣可以容易的把盲孔電鍍銅厚鍍夠。垂直連續(xù)電鍍采用板雙邊噴流的方式，可以有效的驅(qū)趕盲孔內(nèi)氣泡，也促進(jìn)盲孔底部的藥水交換。測試采用0.86 A/dm×100 min，電鍍后切片如圖11。

圖11 垂直連續(xù)電鍍半填孔切片

圖9為半填孔后切片圖片，此工藝可以很好的解決龍門線脈沖電鍍和普通直流電鍍?nèi)秉c(diǎn)，龍門電鍍線在盲孔底部和拐角處的電鍍效果很差，是電鍍銅厚最薄的區(qū)域，也是最容易產(chǎn)生孔內(nèi)無銅的區(qū)域，而填孔工藝正好可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，在盲孔底部和拐角處電鍍的銅厚是最厚的區(qū)域，這與銅填孔的電鍍原理是相符合的。另外垂直連續(xù)電鍍是板兩側(cè)側(cè)噴設(shè)計(jì)，藥水以較大壓力經(jīng)噴嘴直接噴在板面上盲孔內(nèi)，這更有利于盲孔內(nèi)的氣泡排出及盲孔內(nèi)部藥水交換，最大限度避免了由于盲孔底部藏氣泡造成的孔內(nèi)無銅缺陷。

4 總結(jié)

隨著汽車業(yè)新的革命，駕駛安全，主動駕駛會迎來井噴發(fā)展，77 GHz雷達(dá)波是此領(lǐng)域最重要的傳感器，關(guān)系到駕駛員的生命安全，因此77 GHz雷達(dá)板的可靠性問題就顯得尤為重要，本文主要從電鍍可靠性方面入手，從電鍍飛巴振動強(qiáng)度提升，脈沖電鍍的應(yīng)用及半銅填孔新工藝的開發(fā)來改善77 GHz雷達(dá)板高縱橫比控深機(jī)械盲孔銅薄和孔內(nèi)無銅問題，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，提高電鍍飛巴的振動強(qiáng)度可以顯著的改善銅薄和孔內(nèi)無銅問題，脈沖電鍍相比普通直流電鍍對控深機(jī)械盲孔有更好表面，而半填孔可以從根本上解決銅薄和孔內(nèi)無銅的缺陷，極大的提升電鍍的可靠性，掃清了由電鍍引起的77 GHz可靠性問題。