電鍍技術(shù)最佳條件之研究分析

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專題成員

指導(dǎo)老師：張忠樸組長：張家銘組員：廖建榮、廖炎煌、蔡美惠、郭芳清、吳星慧1.前言:隨著表面黏裝技術(shù)(SurfaceMountTechnology)的蓬勃發(fā)展，印刷電路板未來的趨勢(shì)必然走向細(xì)線、小孔、多層之高密度封裝型態(tài)。事實(shí)上，現(xiàn)今的電路板越趨精密，對(duì)於盲孔、小孔及薄板等要求越趨嚴(yán)格，然而製造此種高層次電路板其鍍銅製程也將面臨一些技術(shù)瓶頸，例如：如何使面板中央和邊緣得到均勻之鍍層，如何提高小孔孔壁之分佈力(ThrowingPower)，如何改善鍍層之物性如延長性(Elongation)、抗拉強(qiáng)度(TensileStrength)等都是未來值得努力之課題。2.選題理由:水平式鍍銅於臺(tái)灣電路板界已不是陌生的話題，大家都注視著水平鍍銅及脈衝鍍銅的發(fā)展對(duì)於盲孔、小孔及薄板等能有卓越的貢獻(xiàn)。公司主要行銷導(dǎo)向多為增層之通訊市場(chǎng)，在鍍銅製程中首當(dāng)其衝的技術(shù)瓶頸即為如何使面板中央和邊緣得到均勻之鍍層及如何提高小孔孔壁之分佈力(ThrowingPower)。因此希望能藉由學(xué)習(xí)DOE的機(jī)會(huì)進(jìn)行諸項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，期能從各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之分析，確定水平一次銅電鍍之最佳生產(chǎn)參數(shù)條件，改善不良率，降低報(bào)廢率並提昇製程能力，以因應(yīng)更高層之技術(shù)挑戰(zhàn)。3.品質(zhì)問題現(xiàn)況分析:3-1、主要品質(zhì)問題：鍍層均勻性月份規(guī)格XσCaCpCpk101.7±0.3mil1.62mil0.290.280.340.253-2、主要品質(zhì)問題：分佈力(ThrowingPower)月份規(guī)格XσCaCpCpk10100±30%94.82%11.730.170.850.714.預(yù)期目標(biāo)：期望上述兩項(xiàng)主要品質(zhì)問題，鍍層均勻性及分佈力(ThrowingPower)，其製程能力指標(biāo)值(Cpk)能提昇至1.0以上。

5.缺點(diǎn)現(xiàn)象示意圖:

5-1、缺點(diǎn)名稱：鍍層均勻性不佳5-1-1、缺點(diǎn)現(xiàn)象正視圖5-1-2、缺點(diǎn)現(xiàn)象側(cè)視圖5-2-1、缺點(diǎn)現(xiàn)象正視圖5-2-2、缺點(diǎn)現(xiàn)象側(cè)視圖

6.樣本量測(cè)說明:6-1、主要品質(zhì)問題：鍍層均勻性針對(duì)鍍層均勻性的量測(cè)部分，以MRX為量測(cè)基準(zhǔn)，每一樣本量測(cè)3PNL，每1PNL正反兩面各量測(cè)9點(diǎn)，並以mil為量測(cè)單位，有效數(shù)據(jù)共54筆，合併計(jì)算每一樣本的標(biāo)準(zhǔn)差值。6-2、主要品質(zhì)問題：分佈力(ThrowingPower)針對(duì)分佈力(ThrowingPower)的量測(cè)部分，以500倍放大鏡為量測(cè)基準(zhǔn)，每一樣本量測(cè)1PNL，每1PNL分別量測(cè)面銅及孔銅的最大值及最小值，並以mil為量測(cè)單位，有效數(shù)據(jù)共4筆，並以下述公式計(jì)算分佈力分佈力(ThrowingPower)%=孔銅(最大值+最小值)x100%面銅(最大值+最小值)

7.特性要因分析(魚骨圖)針對(duì)如何提高鍍層均勻性及分佈力部份，將其所有可能形成之要因，合併歸納如下圖(特性要因分析)所示：8.第一階段實(shí)驗(yàn)配置及解析8-1、計(jì)劃構(gòu)想：希望能找出顯著影響的要因，故初步即將所有可能影響的因子全數(shù)納入，以期達(dá)到〝多因子少水準(zhǔn)〞方面之配置。在此實(shí)驗(yàn)中我們選擇9個(gè)在製程中可以加以控制，且為較大的影響因子(Factor)。並將每個(gè)影響因子的操作條件再分成兩種水準(zhǔn)分別進(jìn)行。8-2、2N型直交配置8-2-1、因子水準(zhǔn)對(duì)照表8-2-2、點(diǎn)線圖(採L16215方式配置)8-3、直交配列表及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均勻性分佈力FactorABABCACBCGDDHIAIFJAGGDateDateNO.1234567891011121314150.03181.311111111111111110.04377.821111111222222220.04494.431112222111122220.15671.441112222222211110.09581.551221122112211220.03333.361221122221122110.03652.071

222211112222110.101100.081222211221111220.04473.9921212121

21212120.03177.8102121212212121210.07263.4112122121121221210.08878.3122122121212112120.09277.813

22112211

22112210.03463.6142

211221211221120.06281.8152212112122121120.10243.8162212112211212218-4、變異數(shù)分析8-4-1、品質(zhì)特性：鍍銅均勻性8-4-1-1、合併後ANOVAFACTORSiDFVF@(%)F噴盒流量0.00783210.00783221.8647038.07450★★C電流密度0.00416010.00416011.6138519.36840★BC正反電流時(shí)間比與電流密度之交互作用0.00168110.0016814.692726.73859H硫酸濃度0.00126010.0012603.518154.59518I硫酸銅濃度0.00126010.0012603.518154.59518D槽液溫度0.00078410.0007842.188632.16905B正反電流時(shí)間比0.00013210.0001320.369191.15111A正反電流值比0.00001210.0000120.034201.76242e誤差項(xiàng)0.00250770.00035821.54530St=0.019630@t=78.45460此處之F表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上的〝F檢定〞F(1,7,0.05)=5.59

F(1,7,0.01)=12.1顯著因子(表★)：C(電流密度)非常顯著因子(表★★)：F(噴盒流量)8-4-1-2、貢獻(xiàn)率柏拉圖8-4-2、品質(zhì)特性：分佈力(ThrowingPower)8-4-2-1、合併後ANOVAFACTORSiDFVF@(%)GAdditive濃度1415.6400011415.6400017.18644029.36350★★AI正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用591.705601591.705607.18354111.21740★J氯離子濃度500.640601500.640606.0779769.21186B正反電流時(shí)間比446.265601446.265605.4178428.01432AG正反電流值比與Additive濃度之交互作用409.050601409.050604.9660377.19471AC正反電流值比與電流密度之交互作用303.630601303.630603.6861964.87297F噴盒流量255.200601255.200603.0982373.80637I硫酸銅濃度124.880601124.880601.5161000.93624A正反電流值比61.23062161.230620.7433640.46555C電流密度20.47562120.475620.2485821.36313e誤差項(xiàng)411.84810582.3696223.55380St=4540.56900@t=76.44610此處之F表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上的〝F檢定〞F(1.5,0.05)=6.61F(1.5,0.01)=16.3顯著因子(表★)：AI(正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用)非常顯著因子(表★★)：G(Additive濃度)8-4-2-2、貢獻(xiàn)率柏拉圖8-5、CrossTable因子ABCDFGHIJABACBCGDAIAG特性質(zhì)1.鍍銅均勻性C1F2顯著性★★★貢獻(xiàn)率%19.3738.12.分佈力G2A2I2顯著性★★★貢獻(xiàn)率%29.411.2綜合較佳條件A2C1F2G2I2交互作用之解析ThrowingPowerAI:

A1I1=(81.3+94.4+33.3+100.0)/4=77.250

A1I2=(77.8+71.4+81.5+52.0)/4=70.675

A2I1=(73.9+63.4+63.6+43.8)/4=61.175

A2I2=(77.8+78.3+77.8+81.8)/4=78.925★本特性屬於望大特性，是故選擇A2I2結(jié)論1.A2,C1,F2,G2,I2為經(jīng)CrossTable分析後之較佳之條件。2.本次實(shí)驗(yàn)之兩個(gè)多特性質(zhì)經(jīng)分析後，第二階段實(shí)驗(yàn)中保留A,C,F,G四因子繼續(xù)作第二階段實(shí)驗(yàn)，其餘因子視為常數(shù)項(xiàng)，以便找出最佳化操作條件。

9.第二階段實(shí)驗(yàn)配置及解析9-1、計(jì)劃構(gòu)想：在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法中，為對(duì)實(shí)驗(yàn)的正確性做再次確認(rèn)及肯定，同時(shí)亦想找尋出較明確的操作條件，故必須做第二次實(shí)驗(yàn)。而在此進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)橐蜃拥娘@著性已十分明確，故選用因子已減少。且為確定良好的操作範(fàn)圍，在此改以多水準(zhǔn)方式配置，再以ANOVA進(jìn)行解析。9-2、3N型直交配置9-2-1、因子水準(zhǔn)對(duì)照表因子代號(hào)水準(zhǔn)交互作用123正反電流值比AA21A22A23電流密度CC11C12C13噴盒流量FF21F22F23Additive濃度GG21G22G239-2-2、點(diǎn)線圖(採L27313方式配置)9-2-3、實(shí)驗(yàn)常數(shù)項(xiàng)因子設(shè)定條件B正反電流時(shí)間比B1D槽液溫度D2H硫酸濃度HI硫酸銅濃度IJ氯離子濃度J9-3、直交配列表及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均勻性分佈力FactorAGAGAGCACACGCeeGCFeDateDateNo123456789101112130.04886.68111111111111110.04688.23211112222222220.07268.00311113333333330.047115.38412221112223330.05780.96512222223331110.05676.00612223321112220.08186.67713331132232220.057100.00813332213313330.05670.00913333331121110.050118.751021231231231230.063110.531121232312312310.05584.001221233123123120.05586.671322311232313120.05989.471422312313121230.06687.501522313121232310.182113.331623121232122310.02989.471723122313233120.08983.911823123121311230.07384.621931321321321320.094100.002031322132132130.08796.002131323213213210.04686.242232131322133210.05986.362332132133211320.06174.072432133211322130.055113.332533211322212130.06290.482633212133323210.07577.782733213211131329-4、變異數(shù)分析9-4-1、品質(zhì)特性：鍍銅均勻性9-4-1-1、ANOVA結(jié)果FACTORSiDFVF@(%)GCAdditive濃度與電流密度之交互作用0.00463340.0011582.1343412.57380AG正反電流時(shí)間比與Additive濃度之交互作用0.00332940.0008321.533745.91643AC正反電流時(shí)間比與電流密度之交互作用0.00288340.0007201.328083.63678F噴盒流量0.00193020.0009651.779024.61761GAdditive濃度0.00180420.0009021.662733.67309A正反電流時(shí)間比0.00096820.0004840.892100.59799C電流密度0.00077720.0003880.716641.57045e誤差項(xiàng)0.00325660.00054267.71370

St=0.019583

@t=32.28620此處之F表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上的〝F檢定〞F(2,6,0.05)=5.14F(2,6,0.01)=10.9經(jīng)ANOVA解析，鍍銅均勻性之品質(zhì)特性並未出現(xiàn)顯著因子(表★)，因此，第二階段實(shí)驗(yàn)配置之水準(zhǔn)範(fàn)圍都可以適用。9-4-1-2、貢獻(xiàn)率柏拉圖9-4-2、品質(zhì)特性：分佈力9-4-2-1、ANOVA結(jié)果FACTORSiDFVF@(%)C電流密度2021.120021010.560004.9466331.22840AG正反電流時(shí)間比與Additive濃度之交互作用667.39974166.849900.816722.90045GCAdditive濃度與電流密度之交互作用378.4779494.619480.463158.49573A正反電流時(shí)間比371.27902185.639500.908690.72246F噴盒流量192.2531296.126580.470534.18949AC正反電流時(shí)間比與電流密度之交互作用154.9695438.742390.1896412.82420GAdditive濃度152.4124276.206200.373024.96105e誤差項(xiàng)1225.75406204.2923034.67800

St=5163.6660

@t=65.32190此處之F表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上的〝F檢定〞F(2,6,0.05)=5.14F(2,6,0.01)=10.9經(jīng)ANOVA解析，分佈力(ThrowingPower)之品質(zhì)特性並未出現(xiàn)顯著因子(表★)，因此，第二階段實(shí)驗(yàn)配置之水準(zhǔn)範(fàn)圍都可以適用。9-4-2-2、貢獻(xiàn)率柏拉圖9-5、第二階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)ANOVA解析，鍍銅均勻性及分佈力(ThrowingPower)，兩項(xiàng)主要品質(zhì)特性並未出現(xiàn)顯著因子(表★)，代表第二階段實(shí)驗(yàn)配置之水準(zhǔn)範(fàn)圍都可以適用?？紤]生產(chǎn)營運(yùn)成本及產(chǎn)能效益下，決定採用之最佳操作條件如下表(操作條件對(duì)照表)所示：操作條件對(duì)照表實(shí)驗(yàn)因子因子代號(hào)原始作業(yè)條件最佳作業(yè)條件正反電流值比AAxAy正反電流時(shí)間比BBxBx電流密度CCxCx槽液溫度DDx±2Dy±3噴盒流量FFxFxAdditive濃度GGx±0.5Gy±1.5硫酸濃度HHx±10Hy±40硫酸銅濃度IIx±10Iy±20氯離子濃度JJx±10Jy±20

10.再現(xiàn)性確認(rèn)

10-1、再現(xiàn)性實(shí)施期間：2000.01.02~2000.01.0910-2、再現(xiàn)性生產(chǎn)記錄：生產(chǎn)批數(shù)：16批

生產(chǎn)總數(shù)量：3840PNL10-3、改善成果對(duì)照表主要品質(zhì)問題規(guī)格改善前改善後CaCpCpkCaCpCpk鍍層均勻性1.7±0.3mil0.280.340.250.0241.691.65分佈力(ThrowingPower)100±30%0.170.850.710.121.321.1610-4、製程能力改善方向圖

由製程能力改善方向圖，可明顯看出鍍層均勻性Cpk由0.25提昇至1.65，分佈力(ThrowingPower)Cpk由0.71提昇至1.16，二項(xiàng)主要品質(zhì)特性均落於安全區(qū)。10-5、標(biāo)準(zhǔn)化修訂經(jīng)再現(xiàn)性確認(rèn)採用之最佳操作條件可訂為製程最佳作業(yè)參數(shù)，並將相關(guān)製程參數(shù)修定規(guī)範(fàn)。

11.結(jié)論11-1、第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)論11-1-1、在槽液濃度操作因子中，經(jīng)ANOVA分析，硫酸濃度、硫酸銅濃度及氯離子濃度，皆非顯著因子，因此，每一因子之各項(xiàng)水準(zhǔn)均可以使用，在此情形下，達(dá)到了降低成本又容易控制之目的。11-1-2、在設(shè)備操作因子中，經(jīng)ANOVA分析為非顯著因子者，考慮生產(chǎn)營運(yùn)成本及產(chǎn)能效益下，選擇有利端的操作水準(zhǔn)定為最佳作業(yè)條件，是故，正反電流時(shí)間比(B)選用Bx，槽液溫度選用Dy。11-1-3、針對(duì)鍍銅均勻性之品質(zhì)特性，由ANOVA分析得到噴盒流量(F)及電流密度(C)為顯著因子，其累積貢獻(xiàn)率為57.44%。針對(duì)鍍銅均勻性之品質(zhì)特性，由ANOVA分析得到Additive濃度(G)及正反電流值比與硫酸銅濃度之交互作用(AI)為顯著因子，其累積貢獻(xiàn)率為40.58%。為得到較明確的操作條件，且要追求產(chǎn)品品質(zhì)要更好，則根據(jù)第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果中所顯示成果較佳之一端來作起點(diǎn)，再根據(jù)貢獻(xiàn)率來決定期望端，並巧設(shè)保險(xiǎn)端，以進(jìn)行第二階段實(shí)驗(yàn)。11-2、第二階段實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)ANOVA解析，鍍銅均勻性及分佈力(ThrowingPower)，兩項(xiàng)主要品質(zhì)特性並未出現(xiàn)顯著因子(表★)，代表第二階段實(shí)驗(yàn)配置之水準(zhǔn)範(fàn)圍都可以適用?？紤]生產(chǎn)營運(yùn)成本及產(chǎn)能效益下，決定採用之最佳操作條件如操作條件對(duì)照表所示，並說明如下：A.電流密度(C)操作因子，在考量產(chǎn)能效益上，並經(jīng)