PCB闆深孔·電(diàn)鍍孔·無銅·缺陷成因及改善

      随着電(diàn)子産品與技(jì)術(shù)的不斷發展創新，電(diàn)子産品的設計(jì)概念逐漸走向輕薄、短(duǎn)小(xiǎo),印刷電(diàn)路闆(PCB)的設計(jì)也在向小(xiǎo)孔徑、高(gāo)密度、多(duō)層數(shù)、細線路的方向發展。而伴随線路闆層數(shù)厚度增加和(hé)孔徑的減小(xiǎo)，産品通(tōng)孔厚徑比增加明(míng)顯，PTH加工難度逐漸加大(dà)，易導緻孔內(nèi)無金屬現象頻發。針對此類問題，本文通(tōng)過藥水(shuǐ)異常、特殊設計(jì)及生(shēng)産操作(zuò)等方面介紹深孔電(diàn)鍍在PTH過程中孔內(nèi)無金屬現象産生(shēng)的具體(tǐ)原因，并根據不同原因确定預防及改善措施，确保PTH良好，保證後續深孔電(diàn)鍍效果。 

    線路闆PTH原理(lǐ) 

    PTH也稱電(diàn)鍍通(tōng)孔，主要作(zuò)用是通(tōng)過化學方法在絕緣的孔內(nèi)基材上(shàng)沉積上(shàng)一層薄銅，為(wèi)後續電(diàn)鍍提供導電(diàn)層，從而達到內(nèi)外層導通(tōng)的作(zuò)用。PTH主要流程如下圖1所示： 

圖1 PTH流程圖

其中，涉及化學反應如下所示： 

    活化：Pd2++2Sn2+→[PdSn]2+——在溶液中反應形成不穩定絡合物 

    [PdSn]2+→Pd+Sn4++Sn2+——大(dà)部分絡合物被還(hái)原成金屬钯 

    SnCl2+H2→Sn(OH)Cl+HCl——活化後水(shuǐ)洗時(shí)SnCl2水(shuǐ)解生(shēng)成堿式錫酸鹽沉澱 

    随着SnCl沉澱，Pd核也一起在活化的基材表面沉積 

    沉銅：HCHO+OH-→H2+HCHOO-——Pd作(zuò)為(wèi)催化劑時(shí)，該步反應才能得(de)以進行(xíng) 

    Cu+H2+OH-→Cu+2H2O——銅離子在堿性條件下被還(hái)原成金屬銅 

    PTH後孔內(nèi)結構如下圖2所示： 

圖2 化學鍍銅沉積示意圖

PTH 孔內(nèi)無銅産生(shēng)原因分析及改善措施 

    由于深孔電(diàn)鍍産品縱橫比較高(gāo)，導緻在PTH過程中，孔內(nèi)藥水(shuǐ)交換困難，極易出現孔內(nèi)無金屬現象。線路闆PTH流程孔內(nèi)無金屬切片形态明(míng)顯，不同原因所造成孔內(nèi)無金屬現象相近，需仔細分析區(qū)分才能辨别出造成該缺陷真正原因，根據不同切片形态，可(kě)将PTH孔內(nèi)無金屬分為(wèi)如表3.1中三大(dà)類： 

1 藥水(shuǐ)異常類 

    藥水(shuǐ)異常所造成PTH孔內(nèi)無金屬缺陷主要表現為(wèi)孔內(nèi)星點裝PTH不良，缺陷處圖電(diàn)銅包裹闆電(diàn)銅，缺陷示意圖如下圖3： 

圖3 藥水(shuǐ)異常PTH孔內(nèi)無金屬示意圖

1.1 産生(shēng)原因 

    A. 活化劑中钯離子含量不足，導緻在活化的過程中無法形成足夠的膠體(tǐ)钯沉積在基材表面，在後續沉銅過程中，缺少(shǎo)钯離子催化從而導緻孔壁沉銅不良，引起孔內(nèi)無金屬缺陷。 

    B. 活化缸內(nèi)滲入微小(xiǎo)氣泡，引起缸內(nèi)膠體(tǐ)钯水(shuǐ)解，使活化缸喪失活化功能，孔內(nèi)無法沉積銅層。 

    C. 溶液內(nèi)PH值過低(dī)，由于化學沉銅需要在強減性條件下才能進行(xíng)，PH過低(dī)時(shí)甲醛還(hái)原能力下降，影(yǐng)響沉銅反應速率，造成沉銅不良。 

    D. 沉銅缸內(nèi)絡合劑不足，導緻部分銅離子生(shēng)成氫氧化銅沉澱，銅缸內(nèi)沒有(yǒu)足夠的銅離子進行(xíng)反應來(lái)沉積到孔壁內(nèi)側，導緻沉銅不良發生(shēng)。 

    1.2 改善措施 

    在PTH生(shēng)産過程中，對于活化缸及沉銅缸，應保證缸內(nèi)各個(gè)組分維持在正常的工藝濃度範圍內(nèi)，以保證化學反應的有(yǒu)序進行(xíng)。除此之外，缸內(nèi)PH及溫度等也會(huì)影(yǐng)響孔壁內(nèi)側沉銅效果，應持續對其監控。 

    活化缸內(nèi)膠體(tǐ)钯受細小(xiǎo)氣泡影(yǐng)響，極易産生(shēng)水(shuǐ)解，因此，應保證缸內(nèi)管道(dào)無漏氣現象，保證膠體(tǐ)钯的正常反應。 

    2 特殊設計(jì)類 

    此類原因所造成孔內(nèi)無金屬切片形态主要表現為(wèi)缺陷處明(míng)顯圖電(diàn)銅包裹闆電(diàn)銅，同時(shí)缺陷處存在內(nèi)層銅被電(diàn)鍍加厚現象，如下示意圖4： 

圖4 特殊設計(jì)孔內(nèi)無金屬示意圖

2.1 産生(shēng)原因 

    對于深孔電(diàn)鍍産品，縱橫比往往較大(dà)，在這種情況下，孔內(nèi)藥水(shuǐ)交換速率下降明(míng)顯，導緻PTH過程中孔中心部沉銅層往往不夠緻密。 

    在這種情況下，若闆內(nèi)孔存在如下圖5所示設計(jì)，則在PTH後闆電(diàn)過程中，內(nèi)層銅A處因縱橫比過大(dà)沉銅層相比于B處不夠緻密，導緻在闆電(diàn)通(tōng)電(diàn)後電(diàn)勢高(gāo)于B處，因B處通(tōng)過內(nèi)層銅與C相導通(tōng)，故雖然A較C更接近孔口，但(dàn)電(diàn)勢仍較高(gāo)，吸收銅離子能力小(xiǎo)于C點。另深孔電(diàn)鍍在闆電(diàn)過程中，孔內(nèi)溶液交換速度較慢，孔內(nèi)銅離子相對較少(shǎo)。 

    基于以上(shàng)兩點，在闆電(diàn)過程中，A處在原本銅離子相對較少(shǎo)的情況下，因電(diàn)勢原因吸收銅離子能力再次下降，直接導緻其電(diàn)鍍銅層厚度不足，A處在後續工序（外層圖形及圖形電(diàn)鍍）前處理(lǐ)因損銅造成孔內(nèi)開(kāi)路，從而引起孔內(nèi)無金屬缺陷。 

圖5 孔內(nèi)沉銅厚度差異示意圖

2.2 預防措施 

    針對此類設計(jì)上(shàng)的問題，在保證設計(jì)原稿不變更的情況下，可(kě)以适當調整沉銅及闆電(diàn)參數(shù)，以保證A處銅厚足夠，避免在後續流程中損銅開(kāi)路。 

    主要方法可(kě)以将原沉銅時(shí)間(jiān)延長或在完成一次沉銅後，将闆從預浸缸再次進闆沉銅，保證沉銅層厚度；還(hái)可(kě)以在一次沉銅後，小(xiǎo)電(diàn)流短(duǎn)時(shí)間(jiān)（8ASF*30min）闆電(diàn)，闆電(diàn)後從除油缸進闆再次進行(xíng)沉銅，然後在闆電(diàn)将孔銅加厚至足夠；此外還(hái)可(kě)以在沉銅條件不變的情況下，适當降低(dī)闆電(diàn)電(diàn)流密度，延長電(diàn)鍍時(shí)間(jiān)，保證孔內(nèi)銅離子足夠及鍍層均勻。 

    3 生(shēng)産操作(zuò)類 

    生(shēng)産操作(zuò)類造成PTH孔內(nèi)無金屬主要為(wèi)設備異常及違規操作(zuò)，切片特點主要有(yǒu)孔內(nèi)殘存異物、孔內(nèi)缺陷處圖電(diàn)銅包裹闆電(diàn)銅等，其缺陷示意圖如下圖6： 

圖6 生(shēng)産操作(zuò)孔內(nèi)無金屬示意圖

3.1 産生(shēng)原因 

    生(shēng)産操作(zuò)所造成孔內(nèi)無金屬主要為(wèi)PTH前去毛刺和(hé)PTH過程中活化及沉銅缸設備異常所造成，主要異常有(yǒu)：PTH前去毛刺段後處理(lǐ)高(gāo)壓水(shuǐ)洗異常，導緻孔內(nèi)鑽屑銅粉等異物無法及時(shí)排出，造成後續PTH過程中，孔內(nèi)藥水(shuǐ)無法正常交換，從而導緻孔內(nèi)沉銅不良；此外，在PTH過程中，活化缸及沉銅缸內(nèi)振動及氣頂異常停止或振動幅度頻率不合格也會(huì)造成孔內(nèi)氣泡無法及時(shí)排出，影(yǐng)響孔內(nèi)藥水(shuǐ)交換，導緻沉銅異常，從而引起孔內(nèi)無金屬缺陷。 

    3.2 改善措施 

    針對高(gāo)縱橫比産品，在PTH及前處理(lǐ)去毛刺過程中務必保證設備處于正常工作(zuò)狀态，此外，對于此類深孔電(diàn)鍍産品，可(kě)是當更改工藝參數(shù)，以保證孔內(nèi)清潔和(hé)足夠的藥水(shuǐ)交換。 

    在前處理(lǐ)去毛刺可(kě)采用正常去一次毛刺後再額外進行(xíng)高(gāo)壓搖擺水(shuǐ)洗，對産品孔內(nèi)進行(xíng)再次清潔；此外可(kě)在加工高(gāo)縱橫比産品時(shí)适當提高(gāo)PTH活化缸及沉銅缸電(diàn)振幅度，可(kě)将原2.5m/s提高(gāo)至3m/s，從而保證在PTH過程中，孔內(nèi)無氣泡殘存。 

    總結 

    針對深孔電(diàn)鍍産品闆厚較厚，孔徑較小(xiǎo)，縱橫比高(gāo)的特點，為(wèi)保證在PTH過程中消除孔內(nèi)無金屬缺陷，需對設備、工藝參數(shù)以及工藝流程等進行(xíng)适當調整，以保證孔內(nèi)PTH質量。具體(tǐ)措施如下： 

    A. PTH前去毛刺後，再多(duō)進行(xíng)一次高(gāo)壓搖擺水(shuǐ)洗，以清除孔內(nèi)鑽屑等異物。 

    B. PTH過程中保證各缸尤其是活化及沉銅缸藥水(shuǐ)、溫度計(jì)PH參數(shù)都處在正常工藝範圍內(nèi)。 

    C. PTH過程中适當提高(gāo)活化缸及沉銅缸電(diàn)振幅度，由原2.5m/s提高(gāo)至3m/s。 

    D. 一次PTH後将闆從預浸缸再次進闆，額外沉銅一次；或者在PTH一次後，闆電(diàn)用8ASF電(diàn)鍍30NIN後再次從除油缸進闆沉銅；保證孔內(nèi)銅層均勻性。 

    E. PTH後闆電(diàn)需采用小(xiǎo)電(diàn)流長時(shí)間(jiān)，以保證孔內(nèi)銅離子足夠保證孔壁電(diàn)鍍效果。