I-Connect007编辑团队采访 了GreenSource Fabrication公司的副总裁兼高级职员Alex Stepinski和产品工程师Rick Day，共同探讨了电镀能力、新设备开发以及如何在工厂内提高电镀灵活性。
Barry Matties：可以先介绍一下行业目前面临的电镀挑战吗？
Alex Stepinski：电镀挑战始于终端用户。在镀铜方面，我们了解到终端用户反馈最多的都与高厚径比结构的电镀能力有关。无论是盲孔还是通孔，厚径比越大，设计自由度就越大。这是造成挑战的因素之一。另一个因素是堆叠微导通孔导致密度增加，并能在任意层增加微导通孔。支持这两种设计方法所需的所有电镀工艺似乎是需要应对的最大挑战。
Rick Day：还有一个驱动因素是热量管理。人们对导通孔的要求越来越高。不仅如此，导通孔还会与更高密度的电路相连，还需要利用垂直方向的流体动力学，但这会与电镀垂直通孔的垂直模式发生冲突。需要有专用的设备和更少的专用电解质。这就是挑战。
Matties：Happy，你认为目前的挑战是什么？
Happy Holden：均匀性和均镀力一直是挑战。需要专门的电镀槽使更多的镀液进入孔内而不是表面，因为要经过连续的层压，而且还必须在电路板表面蚀刻电路。厚径比和延展性很重要，但在过去20年里，最重要的事情是电镀导通孔，使其更容易堆叠，而且不必使用树脂填充，然后再封盖镀。它一直是制造PCB的核心之一。钻各种厚径比的导通孔相对容易，但要可靠地金属化导通孔就不那么容易了。
Matties：Alex，在我们上次的采访中，你谈到了你们的系统达到了创纪录的厚径比。现在的厚径比达到了多少？
Stepinski：厚径比取决于直径。这是一条渐变曲线，所以直径越大，实现厚径比就越容易，而直径越小，难度越大。但是对于通孔，我们可以根据直径的不同，实现厚径比为40:1盲孔的金属化。如果它真的很小，可做到厚径比约为1:1导通孔的金属化。如果更大的话，我们可做到10:1厚径比、15:1厚径比或者类似有槽的特征的金属化。关于通孔填充，我们已经演示了厚径比高达8:1的导通孔金属化。
其中一个挑战是，供应商提出了实现导通孔金属化的策略，但其对更高的厚径比通常是无效的。这有点像常见的通孔填充桥镀策略。必须略做调整。用一种电解液很难应对所有不同的导通孔。对于想要形成的一组不同结构，可能需要二三种不同电解液。
正如Happy之前所说的，孔里的电解液比镀在表面上的电解液多是可以的。然而，通常情况下，如果这样的话，市场上的解决方案往往会损害到孔膝，必须返回来针对孔膝进行调整。然后，还有一种情况，如果桥接电镀，你可以在采用4个步骤完成从底部填充之前，电镀孔膝关闭。
必须分析每种电解液，看看有什么可能性，“我要用这种电解液来做A步，用那种电解液做B步”，这是多步骤的电镀方法。它不同于传统上人们只想把部件放在一两个镀槽里就可完成电镀。当行业朝着这些更高的厚径比发展时，这就是我们现在要应对的挑战，需要行业开发出新的电解液配方，这种配方更复杂，只需一步或两步就能完成电镀。
当公司处于技术领先的地位时，可能就是拥有多种电解液之时，不论具体是哪一年。当处于领先地位时，这是一条必经之路。如果你认为滞后几年无妨，可以采用一种或两种电解液，直到供应商通过其研发掌握了先进的技术。
Day：虽然，时间因素是不同的尺度。你可以做到，但正如Alex所说，不能指望在一个小时内完成。现在这种周期是不现实的。你得去做桥镀，然后你需要多种电解液，有时你会把重点从电镀转到蚀刻，因为理想的情况是孔里的电解液比表面多。
但现在更现实的情况是，高密度的孔区域，必须填充，填充会需要更多的电镀液，最后会形成不良的均匀性。然后，必须寻找良好的整平剂来恢复平整性能。如果从一个不均匀的铜表面开始，不管蚀刻工艺有多好，都不可能很好地完成蚀刻。这意味着实际上需要更多的表面处理，且对蚀刻施加了更多的限制。
Holden：上次我们去贵公司时，生产线有3种电解液。情况有所改变吗？
Stepinski：我们有3套电解液方案，但它们的工作范围并不相同。你可以运行有机电解液包，但氯化物含量、铜含量、硫酸含量各自不同。
Holden：我想说你们有3种不同的专用镀铜解决方案，他们有各自的特殊能力。
Stepinski：如果想电镀复杂的结构，7种电解液是必备的。在蚀刻方面必须有提升计划。人们把一切都归咎于蚀刻设备是很常见的，但事实并非如此。设备部门正在制造我们自己的电镀设备和蚀刻设备。我们利用GreenSource购买的第三方设备公司，学到了很多东西。
在下一届productronica展会上将看到一些非常有趣的东西。Rick可以谈谈蚀刻设备和我们开发的均匀性。我们将采用垂直电镀概念，并对其进行第二次修改。在马萨诸塞州的客户那里安装了一台。总的来说，对市场来说是非常有趣的。我们能够实现的所有高厚径比将在展会上展示。
Matties：这项工作正在进行中，你们在谈论所有这些不同的工艺，将它与蚀刻联系起来。你们建成了最先进的工厂，但需要多少人手来完成一个项目，还是说真的是通过稳定的过程控制和自动化来完成的？
Stepinski：你必须能够测量和描述这个工艺。我们看到的最大机会是我们必须远离铜镀层厚度的电气特性，我们必须远离镀层厚度的冶金剖面。冶金剖面不能提供足够的采样点来正确评估复杂的设计，因此没有足够的自由度来正确评估每一处的厚度。
传统上，人们使用涡流和CMI测试仪来表征表面。对于较大的区域，问题在于复杂设计中存在大量导通孔。最终测量的是填充导通孔而不是表面。它可以归结为结合其他技术，以较低的周期时间准确地表征表面。因为不会在每个电路板上做100个剖面，所以做一种设置是完全不合理的。
我们开发了替代计量工具，以避开精确到亚微米的剖面和涡流检测。这已经被我们的自动化集团认证并实现工业化。我们的电镀生产线将包括表面铜的测量、所有直径的测量、铜添加量的测量、监控以及通过采用这些不同计量技术的部件号进行过程控制。这是一个大突破。几十年来人们忽视了电镀计量学，而我们现在正在使用市场上从未见过的新技术，但这些新技术在其他应用中非常普遍，只是未应用于PCB。
Stepinski：是的。当做配方时，为要测量之处编程，然后测量所有一切。
完成一部分周期后，测量它，描述它，然后调整。这样做很重要，如此就可以开发反馈环，并赋予人工智能。在接下来的一年里，我们将把重点放在电镀和蚀刻上。完全自动化的蚀刻工艺意味着可在工艺中自我测量，并为最终结果而自我调整。这是GreenSource明年将要上市的产品。
Stepinski：我们正在研发，这是功能良好的电镀模型的基础。一旦有了这个电镀模型，就可以和软件公司合作了。有了模型，了解了这个工艺是如何运作的才能真正开始合作，否则只不过是盲干。起点和终点有了，还必须有中间点，看看产品在整个电镀过程中是如何变化的，包括10%、30%、60%的过程，并真正了解它。
Matties：在我们第一次访问GreenSource时，你提出的一个观点让我印象深刻，那就是你从电镀部门开始建立工艺。这是因为电镀真的限制了市场和工艺能力吗？
Stepinski：电镀工艺具有多规模经济属性。通常，产能的边际成本相当低。建设一条电镀生产线有很多固定成本，包括整个上部结构、起重机、机柜和整流器。如增加额外的电镀槽，就可分摊成本。在一开始就了解这一点非常重要，因为一旦升级系统，可能需要诸多改变。
要考虑到初次为电镀线做安装的供应商，以及次级供应商可能已离开这个行业改做其他设备。就像买了一辆老爷车，可能需要满世界寻找配件。另外，当心被供应商摆布，因为他们掌握了源代码和所有一切。
这就是购买符合长期需求且避免任何升级的生产线非常重要的原因。除非升级已纳入一开始的计划，那是可以的，不要增加生产线、机柜上的I/O或额外的提升机。我把长期的产能放在首位，因为从长远来看，这样是划算的。
许多PCB厂商现金不足，如果无法支付产能低边际成本，那就另当别论了。电镀专业知识是另一个挑战。很少有人拥有这方面的专业知识，无法去学校学习这类知识。
Day：电镀技术很容易成为工艺瓶颈。它不再是60分钟的操作，可能占据4-8个小时，具体取决于所采用的技术。从一开始就需要足够的电镀单元，所以必须把它放在考虑范围内。一旦你有了一个电镀槽和一个占位，或是一个单元有指定的占位，再增加就不那么容易了。如果有超能的单元，可以在多个维度上移动，并通过动力学确保质量稳定，并且将其与电流密度和时间等其他因素相结合，可以确保一开始的设计可满足产能需求。
Matties：你们的电镀系统投入使用后，升级过的工艺是什么样的，动力是什么？
Stepinski：我们第一个大型垂直电镀设备准备上马时，该设备供应商还没有完成项目却面临破产的窘境，所以必须利用我们的内部设备资源来完成这个项目。在逐步学习的基础上我们对设备进行了修改，进行了微小的调整，比如一次一个镀槽，这个过程有助于推动我们自行设计下一条生产线。
根据已完成的学习，我们做了一些先进的改进，而且正在对现有生产线进行重大升级，计划明年实施。特别是与计量部分相关，加载人工智能实现的反馈环。我们会向全球市场提供该系统，它证明了一个事实，即允许系统进行自我检查，无需电镀专业知识。
该设备将以一种简单操作的模式呈现，不需要了解所有变量，不需要20年的相关专业经验即可操作。
Matties：劳动力短缺不仅仅出现在电镀业，还出现在当今制造业的许多领域，引入人工智能是弥补劳动力不足的可靠选择。
近年来，电化学领域的研发人员完成了非常出色的开发，设备制造商也深入合作，相辅相成。归根结底，PCB领域你要应对的不仅仅是化学定律，还有物理定律。
Day：物理定律不会改变，但可以灵活地运用。开始时，试图用推力将溶液穿过通孔。像层流这样的要素没有过多考虑。同样，还可应用物理定律。因为孔内产生了负压，必须进行溶液交换。这可能需要更长的时间，但生产线上有一些机械要素会在紧密的特征内产生层流和负压。
Stepinski：在我们的商业计划中，我们有反馈环。把真正的产品放到生产线上生产，挑战生产线，发现问题，将其反馈给研发团队，让他们更好地开发产品。我们有自己的测试点。当你自己能控制整个环时，反馈和改进的周期会非常快。这正是我们用于提高市场定位的方法。
Starkey：你们有绝对的优势。回想一下我的年轻时代，所有的创新及相应的成本都来自于那些专属工厂——垂直集成的公司。突然间，专业供应商开始兴起。我曾经为一些公司工作过，但在我的时代没有太多创新。他们在成本节约方面实现了渐进式的改进。
Day：压力是不同的。在我们的工厂，虽然有信息环，但我们有额外的生产压力。它是高压力的信息环，所以有不同的激励机制。创新是由基于时间的需求驱动的。
由于篇幅有限，本文节选刊登，更多内容可点击此处在线阅读，本文发表于《PCB007中国线上杂志》12月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
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