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PCB导通

作者:PCB厂家 发布时间:2019-06-21 11:40:06点击:

 

 

如何保证高厚径比,小孔径的导通性】

当导通孔直径越来越小,厚径比越来越高时,要保证孔中的金属掩盖良好变得愈加艰难。而保证孔中金属的平均分歧性,维护孔中金属在图形电镀及以后的掩膜及蚀刻过程中不被蚀刻掉,也变得极具应战性。本文列出了招致通孔铜层空泛的许多诱因,并对如何辨认基本问题加以讨轮,对消费工艺提出一些倡议以防止这些问题。

 

通孔中导电层空泛因不同缘由惹起,表现出不同特征,但有一点是共同的,即孔中导电层的金属掩盖不充沛或没有金属掩盖。从理论上讲,该问题由两种状况惹起:堆积的金属缺乏,或在充沛足量的金属堆积后,又因某种缘由,失掉局部金属。不充沛的金属堆积可能是由于电镀参数不当惹起,如槽液的化学组成,阴极挪动,电流,电流密度散布,或电镀时间等等。这也可能是由于孔壁外表有异物阻碍金属堆积形成,如气泡,灰尘,棉质纤维或有机膜,粘污等。若孔壁外表未经恰当处置,不利于镀液堆积,也有可能招致金属堆积不好,例如:钻孔粗糙,构成裂纹,或有“粉红圈”。

 

从通孔中将铜:吃掉“有可能是化学要素,如蚀刻形成,也可能是机构缘由,如胀孔(blow-holing),应力裂纹或堆积层零落。

 

本文依照沿通孔金属化工艺步骤次第研讨在何处可能呈现问题,并招致孔中空泛的步骤来剖析这些缺陷和缘由。并自创经典的问题剖析处理的有用要素,如辨认空泛外形,位置等,并指出更正问题的办法。

 

1.金属化以前步骤可能招致孔中空泛的要素:

 

A. 钻孔 磨损的钻头或其它不恰当钻孔参数都可能撕裂铜箔与介电层,构成裂痕。玻璃纤维也可能是被撕裂而非切断。铜箔能否会从树脂上撕裂,不只仅取决于钻孔的质量,也取决于铜箔与树脂的粘结强度。典型的例子是:多层板中氧化层与半固化片的分离常常较介电基材与铜箔的分离力更弱,故多数撕裂都发作在多层板氧化层外表。在金相中,撕裂都发作在铜箔较为润滑的一面,除非采用”反转处置的铜箔“(revers treated foil)。氧化面与半固化片不结实分离,还可能招致更糟的“粉红圈”,即铜的氧化层在酸中溶解。钻孔孔壁粗糙或孔壁粗糙且有粉红圈都会招致多层分离处的空泛,称之为楔形空泛(wedge woids)或吹气孔(blow holes),"楔形空泛”最初处于分离接壤面,它的称号也暗示:外形如“楔”,回缩构成空泛,通常能够被电镀层掩盖。若铜层掩盖这些沟,铜层后面常常会有水分,在以后的工序中,如热风整对等高温处置,水分(湿气)蒸发和楔形空泛通常一同呈现。依据呈现的位置与外形,很容易确认并与其它类型的空泛辨别开。

 

B.去沾污/凹蚀 去沾污步骤是用化学办法去掉内层铜上的树脂腻污。这种腻污最初是由钻孔形成的。凹蚀是去沾污的进一步深化,行将去掉更多的树脂,使铜从树脂中“突出”,与镀铜层构成“三点分离”或“三面分离”,进步互联牢靠性。高锰酸盐用于氧化树脂,并“蚀刻”之。首先需求将树脂溶胀,以便于高锰酸盐处置,中和步骤能够去掉锰酸盐残渣,玻璃纤维蚀刻采用不同的化学办法,通常是氢氟酸。若去沾污不当,可形成两品种型的空泛:在孔壁粗糙的树脂粘污可能藏有液体,可招致“吹气孔”。在内层铜上残留的粘污会防碍铜/镀铜层的良好分离,招致“孔壁拉脱”(hole wall pullaway)等,如在高温处置中,或相关的测试中,镀铜层与孔壁别离。树脂别离可能招致孔壁拉脱和裂纹以及镀铜层上的空泛。若在中和步骤中(精确讲5,当是复原反响中)锰酸钾盐残渣未完整去掉,也可能招致空泛,复原反响常常用到复原剂,如肼或羟胺等。

 

C.化学沉铜前的催化步骤 去沾污/凹蚀/化学沉铜之间的不匹配和各独立步骤不够优化,也是值得思索的问题。那些研讨过孔中空泛的人员都竭力赞异化学处置的统一的整体性。传统的沉铜前处置次第为清洁,调整,活化(催化〕,加速(后活化〕,并进入清(淋)洗,预浸,完整适于Murpiy原理。例如,调整剂,一种阳离子聚酯电解质用于中和玻璃纤维上的负电荷,常常须正确应用才干得到所需的正电荷:调整剂太少,活化层及附着不好;调整剂太多,会构成一层膜招致沉铜附着不好;致使孔壁拉脱。调整剂掩盖不充沛,最容易在玻璃头上呈现。在金相中,空泛启齿表如今玻璃纤维处铜掩盖不好,或没有铜。其它惹起在玻璃处呈现空泛的缘由有:玻璃蚀刻不充沛,树脂蚀刻过火,玻璃蚀刻过火,催化不充沛,或沉铜槽活性不好。其他影响Pd活化层在孔壁上掩盖的要素有:活化温度,活化时间,浓度等。若空泛在树脂上,可能有以下缘由:去沾污步骤的锰酸盐残渣,等离子体残留物,调整或活化不充沛,沉铜槽活性不高。

 

2.与化学沉铜有关的孔中空泛 在查看孔中空泛时,总看化学槽液能否有问题,同样再看看,化学沉铜前处置槽液,还要掩盖到化学铜,电镀铜,铅/锡槽共同问题。 总的来讲,我们能够理解气泡,固态物(尘,棉)或有机物粘污,干膜可能障碍镀液或活化液堆积。气泡褒入,有外来的和内在产生的气泡。外来气泡有时可能是板子进入槽中,或振荡摇晃时进入通孔中。而固有气泡是由化学沉铜液中附反响产生氢气惹起,或电镀液中阴极产生氢气或阳极产生氧气。气泡惹起的空泛有其特征:常常位于孔中央,而且在金相中对称散布,即对面孔壁有同样宽度范围内无铜。在孔壁外表镀上若有气泡,表现为小坑,空泛四周呈穗状。由尘埃,棉质品或油状膜惹起的空泛,外形极不规则。有些防碍电镀或活化堆积的微粒还会被镀层金属包裹。非有机微粒可用EDX剖析出,有机物可用FTIR检查。

 

有关防止气泡裹入的研讨已有相当的深度。其中有许多影响要素:阴极挪动摇晃幅度,板间距离,振动摆动等。最有效的防止气泡进入孔中的办法为振动和碰撞。增加板面距离,增加阴极挪动间隔也非常重要,化学沉铜槽中空气搅拌和活化槽撞击或振动简直没有用。另外,增加化学沉铜潮湿性,前处置潮位防止气泡也非常重要。镀液的外表能量于氢气气泡在跑出孔中或幻灭前的尺寸有关,显然希望气泡在变大前扫除于孔外,以免障碍溶液交流。

 

3.干膜有关的孔中空泛 A.特征描绘 孔口或孔边空泛(Rim voids),即空泛位于离板面较近的位置,它常常由位于孔中的抗蚀剂惹起,大约50-70微米宽离板面50-70 微米,边缘空泛可能位于板一面或两面,可能形成完整或局部开路。而由化学铜,电镀铜,镀铅/锡惹起的空泛多位于孔中央。桶形裂纹(Barrel cracks)形成的空泛,也与干膜形成的空泛物理特征不同。

 

B.缺陷机理 孔口或孔边空泛是由于抗蚀剂进入孔内,显影时未去掉,它障碍铜,锡,焊料电镀,抗蚀剂在去膜时去掉,化学铜被蚀刻掉。普通显影后很难发现孔内的抗蚀剂,空泛所在的位置和缺陷宽度是判别孔口和孔边空泛的主要根据。抗蚀剂为何流入孔中?被抗蚀剂掩盖的孔中气压比大气压低20%,贴膜时孔中空气热,空气冷到室温时气压降低。气压招致抗蚀剂渐渐流入孔中,直至显影。 主要有三种要素招致抗蚀剂活动的速度深度,即: (1〕贴膜前孔里有水或水汽。 (2)高厚径比小孔,以0.5mm孔为例。 (3)贴膜与显影时间太长。 水汽停在孔中的主要缘由,水分能够降低抗蚀剂粘度,使其较快流入孔中。高厚径比小孔较易发作空泛问题,这是由于这种孔较难枯燥。小孔中的抗蚀也较难显影。显影前时间较长也使更多的抗蚀剂流入孔中。外表处置与自动贴膜连线,更易发作问题。

 

C.防止孔口或孔边空泛 防止孔口或孔边空泛最佳及简单的方法是在外表处置后增加烘干的水平。孔若枯燥,不会发作孔口或孔边空泛。再长的放置时间和显影不佳也不会形成孔口或孔边空泛。 增加烘干后,尽可能使贴膜与显影间的放置时间短,但要思索稳定问题,若发作以下状况,孔口或孔边空泛可能会发作(以前没有): (1)新的外表处置设备及枯燥设备装置后。 (2)外表处置设备及枯燥段功用失常。 (3)消费高厚径比小孔板。 (4)抗蚀剂变化或换厚的干膜。 (5)真空贴膜机运用。 最坏的也是少有的情形是,抗蚀剂在孔中构成掩盖层。表现为掩膜层被推入孔中50-70微米深,由于掩膜会障碍溶液进入,在孔的一端表现为普通的边缘空泛,空泛会延伸到大局部孔中,从孔的另一端起,镀层厚度越接近孔中央越薄。 许多印制板厂已转为直接电镀工艺,它有时与贴膜机连线,若后段烘干不充沛,可能会发作孔口和孔边空泛。要使小孔充沛枯燥,烘干段需非常充沛。

 

4.与掩孔有关的空泛 掩孔工艺中,假如掩膜不好会形成蚀刻剂进入孔中,蚀刻去堆积的铜。掩膜的机构损伤是动态发作的,而上下掩膜一同呈现空泛的状况较少。 同样,掩膜很单薄,形成孔内负压,最终招致掩孔缺陷,这层掩膜又能够降低负压,对面的掩膜较易生存。一面的掩膜毁坏,蚀刻剂进入孔中,靠破的掩膜一边的铜首先被蚀刻掉。另一面,掩膜堵住了蚀刻剂的出口,蚀刻液交流太少,故空泛图形也是较对称的,表现为一端铜厚,另一端薄。依据掩膜损伤的水平,状况也不一样,极端状况下,一切的通孔铜都被蚀刻掉。

 

5.直接电镀 直接电镀,防止了传统的化学沉铜,但有三类预处置工艺步骤;如:钯基体工艺,碳膜工艺,有机导电膜工艺。 任何能影响催化物堆积的情形,或者是沉高分子导电膜时,单体堆积和聚合物组成物堆积能构成空泛。大多数碳膜,石墨和钯膜工艺都依赖于恰当的孔壁调整,用高分子电解质阳离子与含有相反电荷的有机催化层。以到达较好的催化吸附性。自然,在化学沉铜中曾经理论证明是很好的工艺处置步骤,如孔壁清洁,调整,催化堆积等都恰当地应用在直接电镀工艺中。当然,化学沉铜槽中特别的问题,如氢气产生等,不会在此发作。 在采用直接电镀工艺时,若不按药水供给商所引荐的条件停止,常常会产生一些特别问题。如,在碳膜工艺中,普通不引荐在碳膜堆积后停止板面刷洗,由于刷子会去掉孔边缘的碳膜颗粒。这种状况下,电镀过程很难及时从铜外表进入孔中央,以至,基本不行。若板子一面的孔口碳膜被刷掉,电镀还能够从相对的一面停止。但电镀结果是逐渐削弱,电镀铜有可能不能与另一面铜外表连通。结果表现与掩孔工艺中掩膜决裂类似。若在碳膜或石墨工艺中,催化堆积后运用浮石粉放射,同样会发作空泛。放射出的浮石粉颗粒可能以很高速度进入孔中,冲走催化层颗粒。另一方面,石墨工艺似乎能够耐受浮石粉刷板处置。

 

6.在电镀铜,电镀铅锡(成纯锡)有关的空泛 电镀槽同样有内在或外在的缘由产生气泡。 A.产生气泡的内在缘由 侥幸的是,酸性镀铜槽具有很高的电池效率(cell efficiency),故在为何较好的槽中氢气产生是很小的问题。需求防止的是很可能招致氢气生成的条件,如:高电流密度和整流器动摇招致短时间的大电流密度漂移。有些锡/铅槽或锡槽的效率较铜槽低氢气的产生就成了一重要的问题。在防止氢气分制生成的一个有趣的停顿是添加“防坑添加剂”(antipititting additives). 这些有机合成物,如已内酰胺的衍生物,可能参与氧化复原反响,在构成氢气分子前夺走原子状态的氢,避免气泡产生。经复原的“防坑添加剂”‘ 在阳极又重新氧化,转移到阴极,重新开端这一循环。 B.产生气泡的外在缘由 最明显的产生气泡的外在缘由是在板子浸入溶液前,填充在孔中的气泡。为了在板子浸入槽液前驱除孔中的空气,一些电镀夹具设计者已实验让板子与夹具之间构成一定角度。浆状搅拌器(paddle agitation)能够产生足够的压差,将气泡赶出孔中。用紧缩空气经过喷雾器搅拌液体(air sparging)使之穿过板面也有助于赶走气泡。当然,喷雾搅拌自身也是一种气体,混入槽中,空气进入循 环过滤泵产生一种过饱和液流,在集结位置会构成气泡,在孔壁有缺陷处同样构成气泡。一些制造者被这个问题所搅扰,进而转向于无空气搅拌(溶液放射)。 除抗蚀剂残渣和气泡等障碍电镀外,其他形成电镀空泛的几个明显问题有:穿透力及差以及异物梗塞。穿透差的槽液会形成中间无铜,但这是十分极端的状况。通常是孔中央铜厚缺乏,不能到达允收规范。在酸性镀铜槽中,招致穿透力差有以下几个缘由:铜/ 酸比例不当,槽液污染,有机添加剂偏少或缺乏,电流散布差,遮挡效应或搅拌等。若发现颗粒污染,则多是循环或过滤泵毛病,倒槽频率太低,阳极袋破损或阴极膜缺陷形成。

 

7.由于铜被蚀刻而形成的空泛 若电镀的金属抗蚀剂有任何问题,都会将通孔中的铜暴露于蚀刻剂中,从而招致空泛。在这种状况下,空泛是由于铜被蚀刻掉而非未堆积上铜形成的。这可是有一点违犯先后次第,在这里依然要强调铜被蚀刻掉,从而形成空泛的缘由。 第一个可能形成铜流失的可能条件是,若在化学沉铜时,孔中有残留的湿气,或在下一步操作前放置时间太久,或腐蚀性氛围,铜会被氧化,在酸性镀铜前的预浸步骤中溶解。另一种可能是镀前的微蚀过度。其次,化学沉铜的铜可能零落。若在化学沉铜后直接做金相或后经热冲击的样片上均可看出。招致这类空泛的缘由有:化学沉铜槽组成不恰当,处置溶液夹带,由于去沾污,催化,或加速剂调整不当,化学铜附着力不好。 当在波峰焊,热风整平,或其它高温再流焊步骤或模仿热应力测试时发作孔壁铜的缺损(裂纹,零落〕,形成这类问题的本源常常需追溯到孔壁预处置和最初的金属化步骤。 孔壁空泛能够有许多种成因。按制造工序,可追溯到钻孔等先前步骤,也能够在镀铅/锡时才发作。但空泛的外形,位置常常能为我们提供一些线索查讯问题的本源。孔壁空泛也常常是多种工艺条件互相影响产生,它们可能同时作用,也可能具有先后次第。沿工艺流程步骤认真剖析缺陷表征才有可能一针见血的找到基本所在。

 

 

 

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