77G汽車雷達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年中國毫米波雷達行業(yè)市場供需預測及投資戰(zhàn)略研究報告》顯示，至2020年，預計全球車載毫米波雷達出貨量可達7200萬顆。按國ADAS（汽車自動駕駛輔助系統(tǒng)）在2020年達到30%估算，每套ADAS需要4個短距毫米波雷達+1個長距毫米波雷達（77 GHz），則我國出貨量可達4500萬顆，市場規(guī)模將超200億。

77 GHz雷達波是主動安全和自動駕駛領域最重要的傳感器，關系到駕駛員的生命安全，因此77 GHz雷達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雷達板有一個顯著的特征是高縱橫比的控深鉆機械孔，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AR為1：1時傳統(tǒng)龍門直流/脈沖電鍍均會遇到很大技術瓶頸，而孔內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度的強弱對控深機械盲孔孔內無銅和銅薄的改善，直流電鍍和脈沖電鍍對機械盲孔電鍍能力的對比研究，及新工藝預填孔電鍍對機械盲孔孔內無銅和銅薄的改善三個層面做了研究。

1 飛巴振動強度對孔內銅薄和孔內無銅影響

飛巴振動對孔內無銅改善，主要針對直流圖形電鍍，通過更換大功率的振動器，增強整個飛巴的振動強度，通過測試板研究對機械盲孔孔內無銅和銅薄的改善，設計板如圖3。

在每個單元內對應設計了不同鉆孔孔徑（250 μm和500 μm），每種孔徑設計了三種不同的縱橫比（1∶1，1.2∶1和1.4∶1），對應每個區(qū)域的詳細設計如表1。

圖3 測試板設計

振動分兩組測試，一組是振動器更改前時的測試，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，測試定在同一個電鍍銅缸內。改動前后測試飛把兩側和中間的振動強度數(shù)據(jù)如下：更換前飛巴兩側28.1 mm/s，飛巴中間23.3 mm/s；更換后飛巴兩側49.9 mm/s，飛巴中間44.0 mm/s。測試完成后，取對應位置切片，用顯微鏡測量最小銅厚數(shù)據(jù)如圖4、圖5。

振動較小時電鍍最小銅厚很難做到25.4 μm，機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氣泡在盲孔底部。由于縱橫比大，盲孔深度深，振動很小時氣泡很難排出，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，鍍錫時氣泡更難以排出，鍍錫不良導致在蝕刻時不能很好的保護鍍銅層，從而造成盲孔底部局部位置孔內無銅。通過此測試證實通過調整振動強度的大小，可以很好地改善盲孔底部銅厚和孔內無銅問題。

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械控深鉆孔內銅厚和孔內無銅的影響

脈沖電鍍對機械盲孔比直流電鍍更具有優(yōu)勢，試驗設計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，設計方案如圖7。

測試板排列設計如圖8，橫向第一排單元設計為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縱橫比設計，第三第四排為1.1∶1縱橫比設計。

測試完成后AOI檢查黑孔，統(tǒng)計每塊板直流電鍍和脈沖電鍍缺陷數(shù)，直流電鍍和脈沖電鍍各做一個飛把，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖9。

通過以上AOI測試缺點點數(shù)可以看出直流電鍍缺陷數(shù)量遠遠多于脈沖電鍍，當縱橫比由1∶1增加到1.1∶1時直流電鍍不良數(shù)量激增，脈沖電鍍并未發(fā)現(xiàn)相關缺陷。切片（見圖10）。

圖7 不同電鍍的試驗方案

圖8 測試板排列設計

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系，脈沖電鍍可以通過調整正反向電流比及正反向時間比增強深鍍的能力。另外脈沖電鍍設計是底部頂噴，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無銅問題。因此，采用脈沖電鍍方法可以進一步改善銅厚及孔內無銅的缺陷，而后期實際大批量生產(chǎn)過程中，脈沖電鍍整體缺陷比例確實比直流電鍍下降了很多，但是還是有少量板有孔內無銅問題，缺陷集中在盲孔底部一側。

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，可以有效的驅趕盲孔內氣泡，也促進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缺點，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)生孔內無銅的區(qū)域，而填孔工藝正好可以彌補這個缺點，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)電鍍是板兩側側噴設計，藥水以較大壓力經(jīng)噴嘴直接噴在板面上盲孔內，這更有利于盲孔內的氣泡排出及盲孔內部藥水交換，最大限度避免了由于盲孔底部藏氣泡造成的孔內無銅缺陷。

4 總結

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雷達波是此領域最重要的傳感器，關系到駕駛員的生命安全，因此77 GHz雷達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，從電鍍飛巴振動強度提升，脈沖電鍍的應用及半銅填孔新工藝的開發(fā)來改善77 GHz雷達板高縱橫比控深機械盲孔銅薄和孔內無銅問題，通過實驗證實，提高電鍍飛巴的振動強度可以顯著的改善銅薄和孔內無銅問題，脈沖電鍍相比普通直流電鍍對控深機械盲孔有更好表面，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。