淺談影響PCB電鍍填孔工藝的幾個因素

2020-11-22 電子發燒友

淺談影響PCB電鍍填孔工藝的幾個因素

工程師譚軍 發表於 2018-10-12 08:59:58

全球電鍍PCB產業產值佔電子元件產業總產值的比例迅速增長，是電子元件細分產業中比重最大的產業，佔有獨特地位，電鍍PCB的每年產值為600億美元。電子產品的體積日趨輕薄短小，通盲孔上直接疊孔是獲得高密度互連的設計方法。要做好疊孔，首先應將孔底平坦性做好。典型的平坦孔面的製作方法有好幾種，電鍍填孔工藝就是其中具有代表性的一種。 電鍍填孔工藝除了可以減少額外製程開發的必要性，也與現行的工藝設備兼容，有利於獲得良好的可靠性。 電鍍填孔有以下幾方面的優點 ： （1）有利於設計疊孔（Stacked）和盤上孔（Via．on．Pad）； （2）改善電氣性能，有助於高頻設計； （3）有助於散熱； （4）塞孔和電氣互連一步完成； （5）盲孔內用電鍍銅填滿，可靠性更高，導電性能比導電膠更好。

物理影響參數

需要研究的物理參數有：陽極類型、陰陽極間距、電流密度、攪動、溫度、整流器和波形等。

（1）陽極類型。談到陽極類型，不外乎是可溶性陽極與不溶性陽極。可溶性陽極通常是含磷銅球，容易產生陽極泥，汙染鍍液，影響鍍液性能。不溶性陽極，亦稱惰性陽極，一般是塗覆有鉭和鋯混合氧化物的鈦網來組成。不溶性陽極，穩定性好，無需進行陽極維護，無陽極泥產生，脈衝或直流電鍍均適用；不過，添加劑消耗量較大。

（2）陰陽極間距。電鍍填孔工藝中陰極與陽極之間的間距設計是非常重要的，而且不同類型的設備的設計也不盡相同。不過，需要指出的是，不論如何設計，都不應違背法拉第一定律。

3）攪拌。攪拌的種類很多，有機械搖擺、電震動、氣震動、空氣攪拌、射流（Eductor）等。

對於電鍍填孔，一般都傾向於在傳統銅缸的配置基礎，增加射流設計。不過，究竟是底部噴流還是側面射流，在缸內噴流管與空氣攪拌管如何布局；每小時的射流量為多少；射流管與陰極間距多少；如果是採用側面射流，則射流是在陽極前面還是後面；如果是採用底部射流，是否會造成攪拌不均勻，鍍液攪拌上弱下強；射流管上射流的數量、間距、角度都是在銅缸設計時不得不考慮的因素，而且還要進行大量的試驗。

另外，最理想的方式就是每根射流管都接入流量計，從而達到監控流量的目的。由於射流量大，溶液容易發熱，所以溫度控制也很重要。

（4）電流密度與溫度。低電流密度和低溫可以降低表面銅的沉積速率，同時提供足夠的Cu2和光亮劑到孔內。在這種條件 下，填孔能力得以加強，但同時也降低了電鍍效率。

（5）整流器。整流器是電鍍工藝中的一個重要環節。目前，對於電鍍填孔的研究多局限於全板電鍍，若是考慮到圖形電鍍填孔，則陰極面積將變得很小。此時，對於整流器的輸出精度提出了很高的要求。

整流器的輸出精度的選擇應依產品的線條和過孔的尺寸來定。線條愈細、孔愈小，對整流器的精度要求應更高。通常應選擇輸出精度在5％以內的整流器為宜。選擇的整流器精度過高會增加設備的投資。整流器的輸出電纜配線，首先應將整流器儘量安放在鍍槽邊上，這樣可以減少輸出電纜的長度，減少脈衝電流上升時間。整流器輸出電纜線規格的選擇應滿足在80％最大輸出電流時輸出電纜的線路壓降在0．6V以內。通常是按2．5A／mm：的載流量來計算所需的電纜截面積。電纜的截面積過小或電纜長度過長、線路壓降太大，會導致輸電流達不到生產所需的電流值。

對於槽寬大於1．6m的鍍槽，應考慮採用雙邊進電的方式，並且雙邊電纜的長度應相等。這樣，才能保證雙邊電流誤差控制在一定範圍內。鍍槽的每根飛巴的兩面應各連接一臺整流器，這樣可以對件的兩個面的電流分別予以調整。

（6）波形。目前，從波形角度來看，電鍍填孔有脈衝電鍍和直流電鍍兩種。這兩種電鍍填孔方式都已有人研究過。直流電鍍填孔採用傳統的整流器，操作方便，但是若在制板較厚，就無能為力了。脈衝電鍍填孔採用PPR整流器，操作步驟多，但對 於較厚的在制板的加工能力強。

基板的影響

基板對電鍍填孔的影響也是不可忽視的，一般有介質層材料、孔形、厚徑比、化學銅鍍層等因素。

（1）介質層材料 。介質層材料對填孔有影響。與玻纖增強材料相比，非玻璃增強材料更容易填孔。值得注意的是，孔內玻纖突出物對化學銅有不利的影響。在這種情況下，電鍍填孔的難點在於提高化學鍍層種子層（seed layer）的附著力，而非填孔工藝本身。

事實上，在玻纖增強基板上電鍍填孔已經應用於實際生產中。

（2）厚徑比。目前針對不同形狀，不同尺寸孔的填孔技術，不論是製造商還是開發商都對其非常重視。填孔能力受孔厚徑比的影響很大。相對來講，DC系統在商業上應用更多。在生產中，孔的尺寸範圍將更窄，一般直徑80pm～120Bm，孔深40Bm~8OBm，厚徑比不超過1：1。

（3）化學鍍銅層。化學銅鍍層的厚度、均勻性及化學鍍銅後的放置時 間都影響填孔性能。化學銅過薄或厚度不均，其填孔效果較差。通常，建議化學銅厚度》0．3pm時進行填孔。另外，化學銅的氧化對填孔效果也有負面影響。

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