PCB闆高(gāo)厚徑比，小(xiǎo)孔徑的導通(tōng)性

       當導通(tōng)孔直徑越來(lái)越小(xiǎo)，厚徑比越來(lái)越高(gāo)時(shí)，要保證孔中的金屬覆蓋良好變得(de)更加困難。而保證孔中金屬的均勻一緻性，保護孔中金屬在圖形電(diàn)鍍及以後的掩膜及蝕刻過程中不被蝕刻掉，也變得(de)極具挑戰性。本文列出了導緻通(tōng)孔銅層空(kōng)洞的許多(duō)誘因，并對如何識别根本問題加以討(tǎo)輪，對生(shēng)産工藝提出一些(xiē)建議以避免這些(xiē)問題。 

　　通(tōng)孔中導電(diàn)層空(kōng)洞因不同原因引起，表現出不同特征，但(dàn)有(yǒu)一點是共同的，即孔中導電(diàn)層的金屬覆蓋不充分或沒有(yǒu)金屬覆蓋。從理(lǐ)論上(shàng)講，該問題由兩種情況引起：沉積的金屬不足，或在充分足量的金屬沉積後，又因某種原因，失掉部分金屬。不充分的金屬沉積可(kě)能是由于電(diàn)鍍參數(shù)不當引起，如槽液的化學組成，陰極移動，電(diàn)流，電(diàn)流密度分布，或電(diàn)鍍時(shí)間(jiān)等等。這也可(kě)能是因為(wèi)孔壁表面有(yǒu)異物妨礙金屬沉積造成，如氣泡，灰塵，棉質纖維或有(yǒu)機膜，粘污等。若孔壁表面未經适當處理(lǐ)，不利于鍍液沉積，也有(yǒu)可(kě)能導緻金屬沉積不好，例如：鑽孔粗糙，形成裂紋，或有(yǒu)“粉紅圈”。 
　　從通(tōng)孔中将銅：吃(chī)掉“有(yǒu)可(kě)能是化學因素，如蝕刻造成，也可(kě)能是機構原因，如脹孔（blow-holing），應力裂紋或沉積層脫落。 
　　本文按照沿通(tōng)孔金屬化工藝步驟順序研究在何處可(kě)能出現問題，并導緻孔中空(kōng)洞的步驟來(lái)分析這些(xiē)缺陷和(hé)原因。并借鑒經典的問題分析解決的有(yǒu)用因素，如識别空(kōng)洞形狀，位置等，并指出更正問題的方法。

 
　　1.金屬化以前步驟可(kě)能導緻孔中空(kōng)洞的因素： 
　　A.鑽孔 
　　磨損的鑽頭或其它不恰當鑽孔參數(shù)都可(kě)能撕裂銅箔與介電(diàn)層，形成裂縫。玻璃纖維也可(kě)能是被撕裂而非切斷。銅箔是否會(huì)從樹(shù)脂上(shàng)撕裂，不僅僅取決于鑽孔的質量，也取決于銅箔與樹(shù)脂的粘結強度。典型的例子是：多(duō)層闆中氧化層與半固化片的結合往往較介電(diàn)基材與銅箔的結合力更弱，故多(duō)數(shù)撕裂都發生(shēng)在多(duō)層闆氧化層表面。在金相中，撕裂都發生(shēng)在銅箔較為(wèi)光滑的一面，除非采用”反轉處理(lǐ)的銅箔“（revers treated foil）。氧化面與半固化片不牢固結合，還(hái)可(kě)能導緻更糟的“粉紅圈”，即銅的氧化層在酸中溶解。鑽孔孔壁粗糙或孔壁粗糙且有(yǒu)粉紅圈都會(huì)導緻多(duō)層結合處的空(kōng)洞，稱之為(wèi)楔形空(kōng)洞（wedge woids）或吹氣孔（blow holes），"楔形空(kōng)洞”最初處于結合交界面，它的名稱也暗示：形狀如“楔”，回縮形成空(kōng)洞，通(tōng)常可(kě)以被電(diàn)鍍層覆蓋。若銅層覆蓋這些(xiē)溝，銅層後面常常會(huì)有(yǒu)水(shuǐ)分，在以後的工序中，如熱風整平等高(gāo)溫處理(lǐ)，水(shuǐ)分（濕氣）蒸發和(hé)楔形空(kōng)洞通(tōng)常一起出現。根據出現的位置與形狀，很(hěn)容易确認并與其它類型的空(kōng)洞區(qū)分開(kāi)。 
　　B.去沾污/凹蝕 
　　去沾污步驟是用化學方法去掉內(nèi)層銅上(shàng)的樹(shù)脂膩污。這種膩污最初是由鑽孔造成的。凹蝕是去沾污的進一步深化，即将去掉更多(duō)的樹(shù)脂，使銅從樹(shù)脂中“突出”，與鍍銅層形成“三點結合”或“三面結合”，提高(gāo)互聯可(kě)靠性。高(gāo)錳酸鹽用于氧化樹(shù)脂，并“蝕刻”之。首先需要将樹(shù)脂溶脹，以便于高(gāo)錳酸鹽處理(lǐ)，中和(hé)步驟可(kě)以去掉錳酸鹽殘渣，玻璃纖維蝕刻采用不同的化學方法，通(tōng)常是氫氟酸。若去沾污不當，可(kě)造成兩種類型的空(kōng)洞：在孔壁粗糙的樹(shù)脂粘污可(kě)能藏有(yǒu)液體(tǐ)，可(kě)導緻“吹氣孔”。在內(nèi)層銅上(shàng)殘留的粘污會(huì)防礙銅/鍍銅層的良好結合，導緻“孔壁拉脫”（hole wall pullaway）等，如在高(gāo)溫處理(lǐ)中，或相關的測試中，鍍銅層與孔壁分離。樹(shù)脂分離可(kě)能導緻孔壁拉脫和(hé)裂紋以及鍍銅層上(shàng)的空(kōng)洞。若在中和(hé)步驟中（準确講5，當是還(hái)原反應中）錳酸鉀鹽殘渣未完全去掉，也可(kě)能導緻空(kōng)洞，還(hái)原反應常常用到還(hái)原劑，如肼或羟胺等。 
　　C.化學沉銅前的催化步驟 
　　去沾污/凹蝕/化學沉銅之間(jiān)的不匹配和(hé)各獨立步驟不夠優化，也是值得(de)考慮的問題。那(nà)些(xiē)研究過孔中空(kōng)洞的人(rén)員都極力贊同化學處理(lǐ)的統一的整體(tǐ)性。傳統的沉銅前處理(lǐ)順序為(wèi)清潔，調整，活化（催化〕，加速（後活化〕，并進入清（淋）洗，預浸，完全适于Murpiy原理(lǐ)。例如，調整劑，一種陽離子聚酯電(diàn)解質用于中和(hé)玻璃纖維上(shàng)的負電(diàn)荷，往往須正确應用才能得(de)到所需的正電(diàn)荷：調整劑太少(shǎo)，活化層及附着不好；調整劑太多(duō)，會(huì)形成一層膜導緻沉銅附着不好；以緻孔壁拉脫。調整劑覆蓋不充分，最容易在玻璃頭上(shàng)出現。在金相中，空(kōng)洞開(kāi)口表現在玻璃纖維處銅覆蓋不好，或沒有(yǒu)銅。其它引起在玻璃處出現空(kōng)洞的原因有(yǒu)：玻璃蝕刻不充分，樹(shù)脂蝕刻過分，玻璃蝕刻過分，催化不充分，或沉銅槽活性不好。其他影(yǐng)響Pd活化層在孔壁上(shàng)覆蓋的因素有(yǒu)：活化溫度，活化時(shí)間(jiān)，濃度等。若空(kōng)洞在樹(shù)脂上(shàng)，可(kě)能有(yǒu)以下原因：去沾污步驟的錳酸鹽殘渣，等離子體(tǐ)殘留物，調整或活化不充分，沉銅槽活性不高(gāo)。 

　　2.與化學沉銅有(yǒu)關的孔中空(kōng)洞 
　　在查看孔中空(kōng)洞時(shí)，總看化學槽液是否有(yǒu)問題，同樣再看看，化學沉銅前處理(lǐ)槽液，還(hái)要覆蓋到化學銅，電(diàn)鍍銅，鉛/錫槽共同問題。 
　　總的來(lái)講，我們可(kě)以了解氣泡，固态物（塵，棉）或有(yǒu)機物粘污，幹膜可(kě)能阻礙鍍液或活化液沉積。氣泡褒入，有(yǒu)外來(lái)的和(hé)內(nèi)在産生(shēng)的氣泡。外來(lái)氣泡有(yǒu)時(shí)可(kě)能是闆子進入槽中，或振蕩搖擺時(shí)進入通(tōng)孔中。而固有(yǒu)氣泡是由化學沉銅液中附反應産生(shēng)氫氣引起，或電(diàn)鍍液中陰極産生(shēng)氫氣或陽極産生(shēng)氧氣。氣泡引起的空(kōng)洞有(yǒu)其特征：常常位于孔中央，而且在金相中對稱分布，即對面孔壁有(yǒu)同樣寬度範圍內(nèi)無銅。在孔壁表面鍍上(shàng)若有(yǒu)氣泡，表現為(wèi)小(xiǎo)坑，空(kōng)洞周圍呈穗狀。由塵埃，棉質品或油狀膜引起的空(kōng)洞，形狀極不規則。有(yǒu)些(xiē)防礙電(diàn)鍍或活化沉積的微粒還(hái)會(huì)被鍍層金屬包裹。非有(yǒu)機微粒可(kě)用EDX分析出，有(yǒu)機物可(kě)用FTIR檢查。 
　　有(yǒu)關避免氣泡裹入的研究已有(yǒu)相當的深度。其中有(yǒu)許多(duō)影(yǐng)響因素：陰極移動搖擺幅度，闆間(jiān)間(jiān)隔，振動擺動等。最有(yǒu)效的避免氣泡進入孔中的方法為(wèi)振動和(hé)碰撞。增加闆面間(jiān)隔，增加陰極移動距離也十分重要，化學沉銅槽中空(kōng)氣攪拌和(hé)活化槽撞擊或振動幾乎沒有(yǒu)用。另外，增加化學沉銅濕潤性，前處理(lǐ)潮位避免氣泡也十分重要。鍍液的表面能量于氫氣氣泡在跑出孔中或破滅前的尺寸有(yǒu)關，顯然希望氣泡在變大(dà)前排除于孔外，以免阻礙溶液交換。 

　　3.幹膜有(yǒu)關的孔中空(kōng)洞 
　　A.特征描述 
　　孔口或孔邊空(kōng)洞（Rim voids），即空(kōng)洞位于離闆面較近的位置，它常常由位于孔中的抗蝕劑引起，大(dà)約50－70微米寬離闆面50－70 微米，邊緣空(kōng)洞可(kě)能位于闆一面或兩面，可(kě)能造成完全或部分開(kāi)路。而由化學銅，電(diàn)鍍銅，鍍鉛/錫引起的空(kōng)洞多(duō)位于孔中央。桶形裂紋（Barrel cracks）造成的空(kōng)洞，也與幹膜造成的空(kōng)洞物理(lǐ)特征不同。 
　　B.缺陷機理(lǐ) 
　　孔口或孔邊空(kōng)洞是由于抗蝕劑進入孔內(nèi)，顯影(yǐng)時(shí)未去掉，它阻礙銅，錫，焊料電(diàn)鍍，抗蝕劑在去膜時(shí)去掉，化學銅被蝕刻掉。一般顯影(yǐng)後很(hěn)難發現孔內(nèi)的抗蝕劑，空(kōng)洞所在的位置和(hé)缺陷寬度是判斷孔口和(hé)孔邊空(kōng)洞的主要依據。抗蝕劑為(wèi)何流入孔中？被抗蝕劑覆蓋的孔中氣壓比大(dà)氣壓低(dī)20％，貼膜時(shí)孔中空(kōng)氣熱，空(kōng)氣冷到室溫時(shí)氣壓降低(dī)。氣壓導緻抗蝕劑慢慢流入孔中，直至顯影(yǐng)。 
　　主要有(yǒu)三種因素導緻抗蝕劑流動的速度深度，即： 
　　（1〕貼膜前孔裏有(yǒu)水(shuǐ)或水(shuǐ)汽。 
　　（2）高(gāo)厚徑比小(xiǎo)孔，以0.5mm孔為(wèi)例。 
　　（3）貼膜與顯影(yǐng)時(shí)間(jiān)太長。 
　　水(shuǐ)汽停在孔中的主要原因，水(shuǐ)分可(kě)以降低(dī)抗蝕劑粘度，使其較快流入孔中。高(gāo)厚徑比小(xiǎo)孔較易發生(shēng)空(kōng)洞問題，這是由于這種孔較難幹燥。小(xiǎo)孔中的抗蝕也較難顯影(yǐng)。顯影(yǐng)前時(shí)間(jiān)較長也使更多(duō)的抗蝕劑流入孔中。表面處理(lǐ)與自動貼膜連線，更易發生(shēng)問題。 
　　C.避免孔口或孔邊空(kōng)洞 
　　避免孔口或孔邊空(kōng)洞最佳及簡單的辦法是在表面處理(lǐ)後增加烘幹的程度。孔若幹燥，不會(huì)發生(shēng)孔口或孔邊空(kōng)洞。再長的放置時(shí)間(jiān)和(hé)顯影(yǐng)不佳也不會(huì)造成孔口或孔邊空(kōng)洞。 
　　增加烘幹後，盡可(kě)能使貼膜與顯影(yǐng)間(jiān)的放置時(shí)間(jiān)短(duǎn)，但(dàn)要考慮穩定問題，若發生(shēng)以下情況，孔口或孔邊空(kōng)洞可(kě)能會(huì)發生(shēng)（以前沒有(yǒu)）： 
　　（1）新的表面處理(lǐ)設備及幹燥設備安裝後。 
　　（2）表面處理(lǐ)設備及幹燥段功能失常。 
　　（3）生(shēng)産高(gāo)厚徑比小(xiǎo)孔闆。 
　　（4）抗蝕劑變化或換厚的幹膜。 
　　（5）真空(kōng)貼膜機使用。 
　　最壞的也是少(shǎo)有(yǒu)的情形是，抗蝕劑在孔中形成掩蓋層。表現為(wèi)掩膜層被推入孔中50－70微米深，由于掩膜會(huì)阻礙溶液進入，在孔的一端表現為(wèi)一般的邊緣空(kōng)洞，空(kōng)洞會(huì)延伸到大(dà)部分孔中，從孔的另一端起，鍍層厚度越接近孔中央越薄。 
　　許多(duō)印制(zhì)闆廠已轉為(wèi)直接電(diàn)鍍工藝，它有(yǒu)時(shí)與貼膜機連線，若後段烘幹不充分，可(kě)能會(huì)發生(shēng)孔口和(hé)孔邊空(kōng)洞。要使小(xiǎo)孔充分幹燥，烘幹段需十分充分。 

　　4.與掩孔有(yǒu)關的空(kōng)洞 
　　掩孔工藝中，如果掩膜不好會(huì)造成蝕刻劑進入孔中，蝕刻去沉積的銅。掩膜的機構損傷是動态發生(shēng)的，而上(shàng)下掩膜一起出現空(kōng)洞的情況較少(shǎo)。 
 　 同樣，掩膜很(hěn)薄弱，造成孔內(nèi)負壓，最終導緻掩孔缺陷，這層掩膜又可(kě)以降低(dī)負壓，對面的掩膜較易生(shēng)存。一面的掩膜破壞，蝕刻劑進入孔中，靠破的掩膜一邊的銅首先被蝕刻掉。另一面，掩膜堵住了蝕刻劑的出口，蝕刻液交流太少(shǎo)，故空(kōng)洞圖形也是較對稱的，表現為(wèi)一端銅厚，另一端薄。根據掩膜損傷的程度，情況也不一樣，極端情況下，所有(yǒu)的通(tōng)孔銅都被蝕刻掉。 

　　5.直接電(diàn)鍍 
　　直接電(diàn)鍍，避免了傳統的化學沉銅，但(dàn)有(yǒu)三類預處理(lǐ)工藝步驟；如：钯基體(tǐ)工藝，碳膜工藝，有(yǒu)機導電(diàn)膜工藝。 
　　任何能影(yǐng)響催化物沉積的情形，或者是沉高(gāo)分子導電(diàn)膜時(shí)，單體(tǐ)沉積和(hé)聚合物組成物沉積能形成空(kōng)洞。大(dà)多(duō)數(shù)碳膜，石墨和(hé)钯膜工藝都依賴于适當的孔壁調整，用高(gāo)分子電(diàn)解質陽離子與含有(yǒu)相反電(diàn)荷的有(yǒu)機催化層。以達到較好的催化吸附性。自然，在化學沉銅中已經實踐證實是很(hěn)好的工藝處理(lǐ)步驟，如孔壁清潔，調整，催化沉積等都恰當地應用在直接電(diàn)鍍工藝中。當然，化學沉銅槽中特别的問題，如氫氣産生(shēng)等，不會(huì)在此發生(shēng)。 
　　在采用直接電(diàn)鍍工藝時(shí)，若不按藥水(shuǐ)供應商所推薦的條件進行(xíng)，常常會(huì)産生(shēng)一些(xiē)特别問題。如，在碳膜工藝中，一般不推薦在碳膜沉積後進行(xíng)闆面刷洗，因為(wèi)刷子會(huì)去掉孔邊緣的碳膜顆粒。這種情況下，電(diàn)鍍過程很(hěn)難及時(shí)從銅表面進入孔中央，甚至，根本不行(xíng)。若闆子一面的孔口碳膜被刷掉，電(diàn)鍍還(hái)可(kě)以從相對的一面進行(xíng)。但(dàn)電(diàn)鍍結果是逐步減弱，電(diàn)鍍銅有(yǒu)可(kě)能不能與另一面銅表面連通(tōng)。結果表現與掩孔工藝中掩膜破裂相似。若在碳膜或石墨工藝中，催化沉積後使用浮石粉噴射，同樣會(huì)發生(shēng)空(kōng)洞。噴射出的浮石粉顆粒可(kě)能以很(hěn)高(gāo)速度進入孔中，沖走催化層顆粒。另一方面，石墨工藝似乎可(kě)以耐受浮石粉刷闆處理(lǐ)。 

　　6.在電(diàn)鍍銅，電(diàn)鍍鉛錫（成純錫）有(yǒu)關的空(kōng)洞 
　　電(diàn)鍍槽同樣有(yǒu)內(nèi)在或外在的原因産生(shēng)氣泡。 
　　A.産生(shēng)氣泡的內(nèi)在原因 
　　幸運的是，酸性鍍銅槽具有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的電(diàn)池效率（cell efficiency），故在為(wèi)何較好的槽中氫氣産生(shēng)是很(hěn)小(xiǎo)的問題。需要避免的是很(hěn)可(kě)能導緻氫氣生(shēng)成的條件，如：高(gāo)電(diàn)流密度和(hé)整流器(qì)波動導緻短(duǎn)時(shí)間(jiān)的大(dà)電(diàn)流密度漂移。有(yǒu)些(xiē)錫/鉛槽或錫槽的效率較銅槽低(dī)氫氣的産生(shēng)就成了一重要的問題。在避免氫氣分制(zhì)生(shēng)成的一個(gè)有(yǒu)趣的進展是添加“防坑添加劑”（antipititting additives）。 這些(xiē)有(yǒu)機合成物，如已內(nèi)酰胺的衍生(shēng)物，可(kě)能參與氧化還(hái)原反應，在形成氫氣分子前奪走原子狀态的氫，防止氣泡産生(shēng)。經還(hái)原的“防坑添加劑”‘ 在陽極又重新氧化，轉移到陰極，重新開(kāi)始這一循環。 
　　B.産生(shēng)氣泡的外在原因 
　　最明(míng)顯的産生(shēng)氣泡的外在原因是在闆子浸入溶液前，填充在孔中的氣泡。為(wèi)了在闆子浸入槽液前驅除孔中的空(kōng)氣，一些(xiē)電(diàn)鍍夾具設計(jì)者已試驗讓闆子與夾具之間(jiān)形成一定角度。漿狀攪拌器(qì)（paddle agitation）可(kě)以産生(shēng)足夠的壓差，将氣泡趕出孔中。用壓縮空(kōng)氣經過噴霧器(qì)攪拌液體(tǐ)（air sparging）使之穿過闆面也有(yǒu)助于趕走氣泡。當然，噴霧攪拌本身也是一種氣體(tǐ)，混入槽中，空(kōng)氣進入循 環過濾泵産生(shēng)一種過飽和(hé)液流，在集結位置會(huì)形成氣泡，在孔壁有(yǒu)缺陷處同樣形成氣泡。一些(xiē)制(zhì)造者被這個(gè)問題所困擾，進而轉向于無空(kōng)氣攪拌（溶液噴射）。 
　　除抗蝕劑殘渣和(hé)氣泡等阻礙電(diàn)鍍外，其他造成電(diàn)鍍空(kōng)洞的幾個(gè)明(míng)顯問題有(yǒu)：穿透力及差以及異物堵塞。穿透差的槽液會(huì)造成中間(jiān)無銅，但(dàn)這是非常極端的情況。通(tōng)常是孔中央銅厚不足，不能達到允收标準。在酸性鍍銅槽中，導緻穿透力差有(yǒu)以下幾個(gè)原因：銅/ 酸比例不當，槽液污染，有(yǒu)機添加劑偏少(shǎo)或不足，電(diàn)流分布差，遮擋效應或攪拌等。若發現顆粒污染，則多(duō)是循環或過濾泵故障，倒槽頻率太低(dī)，陽極袋破損或陰極膜缺陷造成。 

　　7.由于銅被蝕刻而造成的空(kōng)洞 
　　若電(diàn)鍍的金屬抗蝕劑有(yǒu)任何問題，都會(huì)将通(tōng)孔中的銅暴露于蝕刻劑中，從而導緻空(kōng)洞。在這種情況下，空(kōng)洞是由于銅被蝕刻掉而非未沉積上(shàng)銅造成的。這可(kě)是有(yǒu)一點違背先後順序，在這裏仍然要強調銅被蝕刻掉，從而造成空(kōng)洞的原因。 
　　第一個(gè)可(kě)能造成銅流失的可(kě)能條件是，若在化學沉銅時(shí)，孔中有(yǒu)殘留的濕氣，或在下一步操作(zuò)前放置時(shí)間(jiān)太久，或腐蝕性氣氛，銅會(huì)被氧化，在酸性鍍銅前的預浸步驟中溶解。另一種可(kě)能是鍍前的微蝕過度。其次，化學沉銅的銅可(kě)能脫落。若在化學沉銅後直接做(zuò)金相或後經熱沖擊的樣片上(shàng)均可(kě)看出。導緻這類空(kōng)洞的原因有(yǒu)：化學沉銅槽組成不恰當，處理(lǐ)溶液夾帶，由于去沾污，催化，或加速劑調整不當，化學銅附着力不好。 
　　當在波峰焊，熱風整平，或其它高(gāo)溫再流焊步驟或模拟熱應力測試時(shí)發生(shēng)孔壁銅的缺損（裂紋，脫落〕，造成這類問題的根源常常需追溯到孔壁預處理(lǐ)和(hé)最初的金屬化步驟。 
　　孔壁空(kōng)洞可(kě)以有(yǒu)許多(duō)種成因。按制(zhì)造工序，可(kě)追溯到鑽孔等先前步驟，也可(kě)以在鍍鉛/錫時(shí)才發生(shēng)。但(dàn)空(kōng)洞的形狀，位置常常能為(wèi)我們提供一些(xiē)線索查詢問題的根源。孔壁空(kōng)洞也常常是多(duō)種工藝條件相互影(yǐng)響産生(shēng)，它們可(kě)能同時(shí)作(zuò)用，也可(kě)能具有(yǒu)先後順序。沿工藝流程步驟仔細分析缺陷表征才有(yǒu)可(kě)能一針見血的找到根本所在。