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影响PCB电镀填孔工艺的几个基本因素

2018年10月11日 14:10 来源:PCB

全球电镀PCB产业产值占电子元件产业总产值的比例迅速增长,是电子元件细分产业中比重比较大的产业,占有独特地位,电镀PCB的每年产值为600亿美元。电子产品的体积日趋轻薄短小,通盲孔上直接叠孔是获得高密度互连的设计方法。要做好叠孔,首先应将孔底平坦性做好。典型的平坦孔面的制作方法有好几种,电镀填孔工艺就是其中具有代表性的一种。 

电镀填孔工艺除了可以减少额外制程开发的必要性,也与现行的工艺设备兼容,有利于获得良好的可靠性。 

电镀填孔有以下几方面的优点 : 

(1)有利于设计叠孔(Stacked)和盘上孔(Via.on.Pad); 

(2)改善电气性能,有助于高频设计; 

(3)有助于散热; 

(4)塞孔和电气互连一步完成; 

(5)盲孔内用电镀铜填满,可靠性更高,导电性能比导电胶更好。 


物理影响参数 

需要研究的物理参数有:阳极类型、阴阳极间距、电流密度、搅动、温度、整流器和波形等。 


(1)阳极类型。谈到阳极类型,不外乎是可溶性阳极与不溶性阳极。可溶性阳极通常是含磷铜球,容易产生阳极泥,污染镀液,影响镀液性能。不溶性阳极,亦称惰性阳极,一般是涂覆有钽和锆混合氧化物的钛网来组成。不溶性阳极,稳定性好,无需进行阳极维护,无阳极泥产生,脉冲或直流电镀均适用;不过,添加剂消耗量较大。 


(2)阴阳极间距。电镀填孔工艺中阴极与阳极之间的间距设计是非常重要的,而且不同类型的设备的设计也不尽相同。不过,需要指出的是,不论如何设计,都不应违背法拉第一定律。 


3)搅拌。搅拌的种类很多,有机械摇摆、电震动、气震动、空气搅拌、射流(Eductor)等。 


对于电镀填孔,一般都倾向于在传统铜缸的配置基础,增加射流设计。不过,究竟是底部喷流还是侧面射流,在缸内喷流管与空气搅拌管如何布局;每小时的射流量为多少;射流管与阴极间距多少;如果是采用侧面射流,则射流是在阳极前面还是后面;如果是采用底部射流,是否会造成搅拌不均匀,镀液搅拌上弱下强;射流管上射流的数量、间距、角度都是在铜缸设计时不得不考虑的因素,而且还要进行大量的试验。 


另外,相当理想的方式就是每根射流管都接入流量计,从而达到监控流量的目的。由于射流量大,溶液容易发热,所以温度控制也很重要。 


(4)电流密度与温度。低电流密度和低温可以降低表面铜的沉积速率,同时提供足够的Cu2和光亮剂到孔内。在这种条件 下,填孔能力得以加强,但同时也降低了电镀效率。 


(5)整流器。整流器是电镀工艺中的一个重要环节。目前,对于电镀填孔的研究多局限于全板电镀,若是考虑到图形电镀填孔,则阴极面积将变得很小。此时,对于整流器的输出精度提出了很高的要求。 


整流器的输出精度的选择应依产品的线条和过孔的尺寸来定。线条愈细、孔愈小,对整流器的精度要求应更高。通常应选择输出精度在5%以内的整流器为宜。选择的整流器精度过高会增加设备的投资。整流器的输出电缆配线,首先应将整流器尽量安放在镀槽边上,这样可以减少输出电缆的长度,减少脉冲电流上升时间。整流器输出电缆线规格的选择应满足在80%比较大输出电流时输出电缆的线路压降在0.6V以内。通常是按2.5A/mm:的载流量来计算所需的电缆截面积。电缆的截面积过小或电缆长度过长、线路压降太大,会导致输电流达不到生产所需的电流值。 

对于槽宽大于1.6m的镀槽,应考虑采用双边进电的方式,并且双边电缆的长度应相等。这样,才能保证双边电流误差控制在一定范围内。镀槽的每根飞巴的两面应各连接一台整流器,这样可以对件的两个面的电流分别予以调整。 

(6)波形。目前,从波形角度来看,电镀填孔有脉冲电镀和直流电镀两种。这两种电镀填孔方式都已有人研究过。直流电镀填孔采用传统的整流器,操作方便,但是若在制板较厚,就无能为力了。脉冲电镀填孔采用PPR整流器,操作步骤多,但对 于较厚的在制板的加工能力强。 

基板的影响 

基板对电镀填孔的影响也是不可忽视的,一般有介质层材料、孔形、厚径比、化学铜镀层等因素。 

(1)介质层材料 。介质层材料对填孔有影响。与玻纤增强材料相比,非玻璃增强材料更容易填孔。值得注意的是,孔内玻纤突出物对化学铜有不利的影响。在这种情况下,电镀填孔的难点在于提高化学镀层种子层(seed layer)的附着力,而非填孔工艺本身。 


事实上,在玻纤增强基板上电镀填孔已经应用于实际生产中。 

(2)厚径比。目前针对不同形状,不同尺寸孔的填孔技术,不论是制造商还是开发商都对其非常重视。填孔能力受孔厚径比的影响很大。相对来讲,DC系统在商业上应用更多。在生产中,孔的尺寸范围将更窄,一般直径80pm~120Bm,孔深40Bm~8OBm,厚径比不超过1:1。 

(3)化学镀铜层。化学铜镀层的厚度、均匀性及化学镀铜后的放置时 间都影响填孔性能。化学铜过薄或厚度不均,其填孔效果较差。通常,建议化学铜厚度>0.3pm时进行填孔。另外,化学铜的氧化对填孔效果也有负面影响。 

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