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准梯形盲孔的全铜填充

作者：PCB线路板发布时间：2015-09-01 20:02:17点击：

（摘要）采用酸性电镀铜工艺实现盲孔线路板全铜填充是获得高性能3D互联的重要方法，需要电镀液具有高的分散能力和填充能力。添加剂是觉得电镀液填充能力的重要因素。本文旨在优化添加剂配比以获得积层板中的一种准梯形盲孔的全铜填充。研究发现，通过适当提高加速剂的浓度，并相应降低整平剂的浓度，可以实现准梯形盲孔的全铜填充，并且就添加剂的相关机理进行讨论。
本文关键词：准梯形盲孔，电镀填孔，电镀铜孔，超填充电镀铜，添加剂，电镀铜孔
1.引言
随着电子通信产品的飞速发展，线路板的设计也朝着高层次，高密度的方向进行。利于挠性板实现HDI的产品这些年更是在通讯等领域中得到广泛应用。而且在咨询技术不断发展进步的背景下，线路板在设计上也会朝着层数更多，厚度更薄，孔径更小的方向发展，对PCB的相关工艺流程的加工带来了很大的挑战。
随着线路精细程度的提高，孔径越来越小，全铜填充的需要越来越迫切。全铜填充通常被称为superfiling,首先全铜填充可以显著提高布线密度，可以实现VIA-in-Pad或者Padless设计，其次，全铜填充可以提高线路板的电气可靠性和热力学可靠性，最后，通过采用新型的电镀添加剂，可以相对容易的实现电镀填孔电镀。而采用常规的镀铜溶液，很难实现全铜填充，导致面铜太厚，不利于PCB薄型化，给后续的工艺制程带来困难，常规镀铜溶液填孔时候容易导致孔内空洞，另外由于PCB线路板目前朝着多层化趋势发展，尤其以FPC柔性线路板基材采用Build-up的方式设计的多层板结构（BUM,Buil-up Multilayer),其内层与外出的电气互联更多的采用盲孔技术来实现（1,2）。对于盲孔来说，孔内空外的药液交换能力较差，而且孔口处还容易形成微小的漩涡，由于电镀液进入孔底的难度要明显高于通孔，所以只有选择高性能的镀铜药水，才能实现铜离子的选择性沉积，即孔内的沉积速度远高于板面的沉积速度，而且不会形成“包孔”现象。
盲孔的孔形对实现全铜填充也是一个至关重要的因素{3}。
图1所示，(a)是常规的盲孔示意图，最容易实现全铜填充：而（b)和（c)所示的孔形相对较难实现全铜填充，填孔厚容易形成一条缝隙，即conformal现象；而(d)则是非常困难的一种盲孔孔形，极易形成包孔现象，即所谓的anti-conformal现象。由此可见，由(a)到（d),实现全铜填充的难度逐渐增加，对高密度BUM,其外层的盲孔直径通常为50um，只能采用激光镭射钻孔工艺，由于铜,PI和粘接胶三种材料对镭射吸收能力存在巨大的差异，所以对孔形控制提出更高的要求。另外，在钻孔厚的盲孔清洗工艺环节中，各种药水对PI和粘接胶的咬吞噬速率也明显不同，所以很难得到如图1（a)所示的梯形盲孔，实际同城会得到一个准梯形的盲孔，其整体呈现出梯形，但是孔底确呈现鼓状区域，显然这种形状的盲孔较难实现全铜填充。

本文即采用Build-up方式制作的多层板，图1中(d)型的孔形出现在盲孔中粘接胶的部分，即形成一种准梯形的盲孔，这种孔形的全铜填充尚未见相关报道，本文主要铜过对镀铜添加剂各组成的功能进行分析研究，并对添加剂的配比进行微调，最终实现这种准梯形盲孔的全铜填充。
2.实验
2.1准梯形盲孔的制作
本实验采用1+2+1的结构方式，其中内层采用PI厚度为50um,铜箔厚度为12um的双面覆铜板，外层为单面板，其中PI厚度为25微米，铜厚厚度为12微米，通过减铜工艺，减薄至5-6微米，内层和外层通过25厚的粘接胶热压实现积层，压力为150KG/平米里面。180°C，保温15分钟，热压后制作出3-CORE结构板，最好采用镭射钻孔制作出孔径为50微米的盲孔，孔深度为50微米，波长355纳米，环切模式。
2.2钻孔后处理
镭射钻孔厚，由于有机物在高温下形成碳化物，以及一些熔融的铜渣，需要进一步对盲孔进行清洗出来。本文采用等离子清洗工艺，湿发除胶工艺和微蚀工艺。其中等离子清洗采用20分钟的孔内除胶模式；湿法除胶工艺是蓬松90秒，除胶90秒，中和180秒，湿法除胶后对孔底进行微蚀，微蚀速度为0.6um/min.
2.3填孔电镀
电镀之前，需要对孔进行孔壁金属化处理，孔壁金属化采用传统PTH工艺，沉铜时间为50min,为保护孔壁薄层，后续采用闪镀对金属化层进行加强。

为了实现对准梯形盲孔的全铜填充，分别采用不同的添加剂配比，开展填充实验，镀铜添加剂采用香港应用科学研究院的VF01系列酸性镀铜添加剂，实验方案见表2，短犊设备为垂直连续电镀线，电镀电流为1.7ASD，电镀时间为40min,空气搅拌。

结论
以FPC柔性线路板为基材，采用Build-up的方式制作积层板，通过镭射钻孔制作外层直接为50微米的盲孔，采用湿法除胶，等离子清洗工艺，其外层盲孔通常表现为准梯形结构，通过微调电镀液的组成，即合理增加促进剂浓度，并适当降低整平剂的浓度，能够实现对准梯形盲孔的全铜填充。研究发现，当VF01-A,VF01-S和VF01-L的浓度分别为0.7ML/L，8ML/L和10ML/L时候，在1.7ASD的电流密度条件下，电镀10分钟，即可获得最佳的准盲孔全铜填充效果。