电镀镍厚控制以及金成本改善

三大奖项申报表

一.基本信息：

二．指标达成情况：

备注：

1.指标（提案价值点及实际成果）的填写可参考三大奖项评价标准，包含但不限于：价值增加额度、质量改进幅度、效率提升幅度、成本降低幅度，相关数据均需相关部门负责人签字确认。

2.涉及“增加税前利润”的计算过程（计算数据须以财务部核准的数据为基本依据，并经财务经理确认）：

（期间：6个月以上；计算公式=增量收入-相关的成本费用支出。）

三.周边评价

备注：周边评价部门为该提案实施以及应用中相关关联部门。

四.审核意见（详细内容请参阅总结报告）：

电镀镍厚控制以及金成本改善总结报告

1.背景

ICS封装基板电镀镍-金产品中，95%以上的客户对电镀镍金厚度以及手指宽度、间距提出明确的品质管控要求。如手指宽度控制因客户工程文件要求存在一定制作难度以及前工序（蚀刻）制成能力偏差，这对电镀镍金工序的电镀镍厚控制提出更高要求。ICS电镀镍金线设备初期电镀镍厚极差为6-8μm，这很难满足客户对电镀镍金产品的品质要求，使得前期电镀镍金产品因镍厚不合格产生大量报废，特殊产品报废率可达60%，制程能力低下。因此改善电镀镍厚控制，提高镀镍制程能力具有积极的意义。

在封装基板生产过程中，金厚控制范围为0.3-1.0μm，金成本在整个ICS物料消耗中占据很大的组成部分。因此通过提高镀金均匀性、优化板边设计、控制金厚以及减少金盐带出等手段对金成本控制具有非常显著以及积极的效果。

2.目标

通过优化改善电镀镍厚控制，提高产品合格率，使得电镀镍极差R≤4μm，电镀镍镍金产品因电镀镍厚超标的报废率由最高50-60%降低至0.25%。金成本减低30%左右。实现电镀参数导入程序化、自动化，减少人为导入的错误，提高生产效率。

3.过程实施

3.1电镀镍厚控制

对电镀镍厚控制过程需结合电镀镍均匀性调整、飞巴与挂具间电镀镍厚偏差以及参数优化等过程。其镍厚控制改善思路如下：

3.1.1 电镀镍均匀性改善

电镀镍均匀性提升主要通过改善设备几何尺寸、设计阴极挡板、阴极排布以及阴阳极相关位置。其改善过程如下表所示：

由上表显示，经过对设备几何尺寸进行一系列的优化调整，使得电镀镍均匀性较设备初期有了很大的改善与提高。其数据详细显示如下表所示：

总结;优化后电镀镍均匀性可以达到极差R＜4μm，COV＜10%，Cpk＞1.33.

3.1.2 飞巴、挂具电镀镍厚偏差测试

1）测试条件

每个飞巴测试均采用相同图形的板材，在相同电镀参数条件进行测试，在测试过程中，不同飞巴上

由记录结果显示，各飞巴电镀镍过程为稳定过程，电流输出精度偏差为0.05-0.12%，说明没有出现电流输出异常，Top/Bottom面电阻在0.13-0.152欧姆，由此可以说明，在生产过程中，各飞巴接触、导电性良好，未出现导电性异常由电流输出结果显示，测试过程中不存在因接触不良以及导电不良等现象。由此可以排除整流器输出对电镀镍厚偏差的影响。

由不同飞巴上电镀镍厚极差R与Cpk值显示可知，极差R在一定程度上同Cpk成反相关关系。从

整体测试结果显示可知，不同飞巴极差满足R 小于4μm ，Cpk 大于1.33的管控要求。 3）不同电镀镍槽体电镀镍厚偏差

通过对6个槽体电镀镍厚在Top/Bottom 面进行对比分析。统计960组数据，计算板材Top/Bottom 面 在6个槽体中电镀镍厚的Min 、Max 、R 、Average 、COV 和Cpk 值。其结果如下所示：

由测试结果显示，电镀A 槽6个槽体电镀镍具有较好的同一性，即在相同电镀参数条件下， 相同图形的试板以及相同的挂板方式，在不同槽体中进行电镀镍，其镍厚偏差小，6个槽体 的Top 面与Bottom 面电镀镍Cpk 值可达1.3以上。由此说明槽体间不存在明显电镀镍厚偏差。

总结;通过对不同飞巴，不同槽体电镀镍厚偏差测试，由测试结果显示，不同飞巴间以及不同电镀槽体间电镀镍厚偏差最大在1μm 左右，这对电镀镍厚控制非常有利。 3.1.3 电镀镍参数优化

因电镀镍金线在运行过程中，因程序设定，电镀时间为固定36min 。因此影响电镀镍厚的两个关键因素为电流密度设置以及电镀面积。 1）过程分析

由法拉第定律分析电镀镍厚度与电流密度关系，并通过理论与实际拟合方程进行对比，对电镀镍厚电流效率进行修正。由法拉第定律可知有方程成立：

，

ρη

60t 100K KD H = η???=t 2074.0i K N D H

由图形电镀图形分布的因素，使得实际电镀镍厚不仅与电流密度、电镀时间和电流效率等因素有关，还以图形分布，阴阳极面积比等因素有关。不同图形面积下电流密度分布如下图所示

2）实验设计

()2

2

12

212222S L L D a S a L a L

D D K k +?=?

?? ??+?=

()2

2

11037.0S L L t aD H K Ni +=η

3）测试结果

通过对不同产品（方案设计中不同电镀面积的板材）电镀镍厚的电镀参数进行总结，得出以电镀镍厚为7.5μm ，不同电镀面积与电流密度的关系如图2所示：

由上测试结果不同电镀面积镀相同电镀镍厚，得出电流密度与电镀面积的函数关系式如下所示：

4）实际产品分析

在实际产品生产过程中，对于MSAP 产品存在通孔导通，即由CS 面导入电流值一部分用于CS 面电镀过程，一部分用于SS 面通过通孔导通的电镀过程，其示意图如下所示，如下为实际由CS 导电电镀面积与SS 面导电电镀面积推算过程。

由上述推算可知，在生产首板过程中，由于设定电流密度Dk 、电镀镍厚H 以及CAM 文件电镀面积

CS/SS 面导电的电镀面积。

5）总结：

由上分析可知，对于ICS 不同流程的电镀镍-金板材电镀参数设置存在一定差异性。根据以上测试与

S k D 248

.032.252.1?-

=

推算结果，不同产品电镀参数设置方法如下所示：

3.1.4 标准化文件形成

基于以上改善与测试形成电镀镍-金生产首板制作文件，其电镀参数设置表如下所示：

附件为SOP规范电镀镍金制作首板参数设置表：

电镀参数SOP规划文

件.pdf

3.1.5 参数设置自动导入开发

ICS电镀镍金线产品的种类多样，料号与批次号多而复杂，在生产过程中极其容易发生生产员工参数导入错误产生报废。因此开发参数自动导入系统，减少参数计算、导入失误。其前后对比如下：

生产参数自动导入过程如下：

3.2 金成本控制

电镀金成本占电镀工序成本比例的重要一部分。因此控制金成本具有非常重大的意义。金成本控制主要通过改善板边文件设计、降低板面金盐带出以及控制金厚等措施进行。

3.2.1 改善板边文件设计

对于ICS厂产品线路的制作过程目前包括两种，分别为Tenting 与MSAP流程。上述两种流程制作的区别体现在板边即为：Tenting流程的产品距离板边2mm位置由于干膜未覆盖，经DES工步后表面的铜被蚀刻；MSAP流程为在干膜未被覆盖的位置进行电镀，因此板边均被铜填充。上述两种流程中的任何一种图形的制作方法，经过阻焊曝光、显影及固化后板边会有10mm的开窗未能被阻焊覆盖。阻焊工序未被阻焊覆盖的铜表面在电镀金工序均会有电流通过，电流通过的位置则会被金所覆盖，如图所示：

进一步调研其他厂区的电镀硬金线及电镀镍金线(如图所示)，其中电镀硬金线采用板边包蓝胶的方法进行成本控制，但是该方法存在的问题：1.增加人力与物力成本，且降低了平均产能，2.未被蓝胶包裹的位置仍然被金所覆盖。电镀镍金线为防止出现板边及板中间的电镀极差过大，因此目前采用产品周围均由铜皮相连，并且曝露在外的铜皮经电镀镍金后被金覆盖，如果采用电镀硬金线的包蓝胶的方法，存在的问题主要包括：1.增加流程，且容易在板面残留杂物，影响后续的处理工艺；2.板边的包胶经过镍缸及金缸时存在污染镍缸与金缸的危险。因此目前上述两条电镀硬金及电镀镍金线均存在不同程度的镍金成本的浪费。

其他厂区采用的电镀金工艺

3.2 理论设计方案

根据电镀金的工作机理，仅有与电镀金Jig夹点相连接的位置会有电流通过，从而导致电镀金，因此基于工序的工作原理，人为调整板边位置的设计，将未被阻焊覆盖的区域与镀金夹点进行蚀刻隔离，具体的设计更改措施为：镀金夹点直接与主引线相连；镀金夹点周围区域设计为交错圆盘排列；针对MSAP 流程，在镀金夹点边缘设计一条宽200um的间隙（外侧距板边1mm）将夹点与板边铜皮隔离。上述方案更改如图所示：

3.3 测试结果分析

对于更新设计后的Tenting 及MSAP流程的产品进行测试(为节省成本，本次测试经过电镀金工序只进行预镀金，金厚小于0.05um)，电镀金工序后由外观进行确认发现板边仅镀金Jig的夹点位置有镍金覆盖，其余未被阻焊覆盖的位置均未被金覆盖，因此通过优化后的板边设计可以达到降低镀金面积的目的，实际产品如图所示：

改善板边文件设计，减少不必要的镀金区域面积，这能够有效地减低金成本，其改善过程如下：总结：实际生产过程中，产品单面平均电镀面积为 1.7 dm2左右，未优化前板边被镀金的面积为0.4068dm2，其中电镀夹点的面积为0.01dm2(每个产品共10个夹点)，如上板边文件修改可以因板边文件改善节约金成本为：w=(0.4068-0.01*10)/1.7=18.05%。

3.2.2减少板面金盐带出改善

减低金成本能够有效的减低生产总成本，提高效率和工业化利润。减低金成本主要有两种方法：一种是减低电镀金层厚度，但是客户对电镀金层厚度上、下限具有明确的要求；另外一种是通过减少板面电镀金液残留带出而导致金盐的损耗，一般工厂采用增长镀金后板材在金槽上的滴液时间，但是这种方法对于减少板面金液残留是有限的，同时对提高生产效率的不利。如下为ICS通过增设高压吹气，减少板面金盐残留，减低金带出损耗，对节约金成本具有积极的意义。

高压吹气装置主要由压缩空气装置、气压调节装置、电磁感应阀以及喷气管组成。其具有结构简单，全自动控制以及可调控性强等优点。根据实际生产板材厚度、孔径比以及板材尺寸等情况，要达到良好的金液赶出率，可以对吹气压力、喷嘴角度、喷嘴排布以及喷头进行优化调节。在实际生产过程中，具有操作的灵活性。其结构如下：

如上为电镀ICS电镀镍-金线金缸上高压吹气赶液装置，其优化调整相关参数设置如下：

总结：如上设置高压吹气赶液装置，板面金液残留量大大减少，使得残留在板面上金盐能够有效的的返回到金槽中，其能有效地减低2%-3%的金成本。

3.2.3 金厚控制

影响金成本另一个重要因素为金层厚度控制，有效的控制金层厚度能够显著得改善金成本。由于电镀程序固定镀金时间为8min。因此金层厚度受电镀面积、电流密度影响最为显著（其他条件如温度、循环量等为固定）。

1）实验设计：

通过均匀设计方法，考察镀金厚度与电流密度、电镀面积的关系，以期通过均匀设计与回归分析得出金厚与电流密度、电镀面积的方式式，并通过生产实际修正，应用于实际生产的金厚控制中。均匀设计表头选取：

通过D值显示，均匀设计实验采用U8(8)的表头进行实验，其实验设计表头如下所示：

设计表头选取

均匀设计实验

2）因素水平选取

根据实际生产经验，电镀面积变化为0.5-4.0dm 2，镀金电流密度变化为0.095-0.13ASD 间，故水平按3)；设计实验测试结果

通过均匀设计、回归分析拟合出金厚H 关于电镀面积S 以及电流密度D k 的函数关系式： 令y=H ；D k =x 1、S=x 2既有：

实验结果

5

5443

32

21

1x

k x k x k x k x k A y +++++=

4）：回归分析与结果

回归分析 方差分析

对各因素进行显著性判定，因 F 值计算公式：

由F 值检验可知，各因素均为显著性影响。由Minitab 分析有：S = 0.0229461，R-Sq = 97.1% R-Sq(adj) = 93.3%，即可知，分析模型有效。由回归得出镀金厚度与电流密度、电镀面积间的方式式如下所示：

（Au thickness ）y = 3.58 - 57.0 x1 - 0.127 x2 + 270 x3 + 0.0185 x4

5）生产实际应用

在实际电镀参数设置过程中，可以通过上述拟合方程对电镀金参数进行设置，其设置过程如下：

由均匀设计回归分析，得出电镀金厚控制方程，根据工卡信息导入电镀面积以及预输电流密度，可以拟合出相应金厚，根据金厚控制要求，选用不同电镀参数。通过优化参数达到对电镀金厚有效的控制，金厚由改善前0.55±0.15μm 优化为0.4±0.1μm ，可有效地减低近27%左右的金成本。 4.总结

()()()27.135,224.25,27.135,2,79.55,201.001.005.0=>===F F F F e

e A

A F S F S F //=

4.1创新性

4.2持续性

4.2.1 电镀镍厚品质报废率统计

1）：通过统计改善前后电镀镍-金厚度的报废率，对比电镀镍厚控制改善前后效果：其结果如下：

分别对比镀金工序产能、报废面积与镍厚超标率的对比关系，以及镍厚报废、总报废率以及镍厚超标所占比例的关系如下图所示：

说明：通过2013.12-2014.01对电镀镍厚控制进行优化改善，电镀镍厚超标报废率较改善前具有显著的减低。改善效果非常明显。镍厚超标报废率由前期21.5%减低至0.146%左右。

2）：生产效率提升对比；对比改善前后产能以及人均产能的数据如下；计算过程中假设设备运行正常，产品数量充足的条件下：

注：ICS电镀镍-金线具有A、B两个电镀镍缸，目前仅使用电镀A槽。其中月总产能计算按照每月30天，每天2班生产进行计算，生产效率计算按照每班11 H工作时间进行计算。其计算公式如下：

生产效率=单班产能/11H；月总产能=单班产能×2×30=60×单班产能

由上统计数据显示，改善后生产效率较改善前提高2倍多，主要原因在于简化产品参数导入过程，减少人为操作步骤，增大设备自动操作过程，使得生产效率大为提高。

3）金成本管控

由于ICS目前还未实现大批量生产，在金成本统计过程中，可以通过模拟计算改善前后金成本的变化情况。如下为金成本核算过程：

通过上述改善，改善后金成本较改善前有显著减低，其成本估算如4.3节所示。

4.3应用转化情况

A)：改善后金成本节约预算

ICS电镀镍金工序金成本节约计算按照如下过程进行，金成本节约主要通过以上的改善方法进行：

表1：金成本计算基本信息

注：金质量分数0.683，密度为19.3g/cm3，槽体体积为1440 L，金盐浓度按照3g/L进行计算。

表2：金成本节约计算结果

说明：当前产量按照目前产量1000m2/月进行计算，稳定量产的产量按照5000m2/月进行计算；

其计算公式如下表所示：

表3：金成本计算公式

B ）：电镀镍厚控制提高产品良率对成本节约的估算

通过一系列电镀镍均匀性优化改善以及电镀镍厚参数控制等措施，使得电镀镍-金工序因电镀镍厚控制改善不良率由前期的21.5%到改善后的0.146%。提高良率节约成本，镀金工序产量按照5000m 2/月进行计算。普通PBGA 以及CSP 产品工序成本如下所示：

注：加工成本按照ICS 工厂报价体系数据制定；

因镀金工序属于后制程工序，其产生报废成本估算应包含板材、物料、钻刀消耗以及前工序物料消耗等。由此可知，镍厚控制改善前因电镀镍厚超标而报废产生成本消耗为：

()月。元报废率产量综合单价/5.3387733215.053009211399388042=??+++=??=W

电镀镍厚控制改善后，其报废率为0.146%，由此产生成本消耗为：

()月。元报废率产量综合单价/074.23005

00146.053009211399388042=??+++=??=W

如上计算显示可知，对电镀镍厚控制，提高镀金工序因电镀镍厚超标产品良率由21.5%到0.146%。可以有效地节约成本为：336.4728万元/月。因此提高后工序良率对改善成本具有非常重大意义。 2） ：电镀镍-金参数设置已经形成标准作业文件，写入SOP 作业规范标准中； 3） ：电镀参数自动设置已写入SOP 规范文件中，形成标准化作业：

4.4目标总体达成情况

5.经验教训及后续改进计划

1) .进一步优化方程，提高理论方程与实际产品的吻合度，使其偏差控制在管控范围内，实现全自动化

生产；

2) 在1的基础上增加条形码系统，实现参数设置全自动化；

3) 进一步优化金成本，并形成有效金成本管控体系，形成相关标准记录、核算文件，实现金成本管控

标准化作业； 6.相关附件及证明材料。 证明资料：

1) 快捷公司质量体系文件《电镀镍金线作业指导书》； 2) 《电镀镍金线作业参数表》

对拟合方程与实际测试结果进行偏差对比，对拟合方程进行修正，进一步提高拟合方程与实际生产结果的吻合度。最终达到拟合方程与实际生产吻合度大于95%。

将修正后的电镀镍金厚度与电镀面积，电流密度的方程嵌入镀金线PC 参数导入系统，员工通过扫其工卡条形码信息后，系统将自动计算出相应电流值，并应用于实际电镀作业过程中。