PCB電鍍填孔工藝影響因素分析

全球電鍍產值 PCB 工業佔電子元器件行業總產值的比重快速上升。 是電子元器件行業中佔比最大的行業,佔有獨特的地位。 電鍍PCB年產值60億美元。 電子產品的體積越來越輕、薄、短、小,在盲孔上直接堆疊過孔是一種獲得高密度互連的設計方法。 要做好堆孔工作,孔底應平整。 製作典型的平孔面的方法有多種,電鍍填孔工藝是其中一種。 除了減少額外工藝開發的需要外,電鍍和填充工藝還與現有工藝設備兼容,有利於獲得良好的可靠性。

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電鍍填孔具有以下優點:

(1)有利於堆疊孔(Stacked)和盤上孔(Via.on.Pad)的設計;

(2) 提高電氣性能,助力高頻設計;

(3) 有助於散熱;

(4)塞孔和電氣互連一步完成;

(5)盲孔填充電鍍銅,比導電膠具有更高的可靠性和更好的導電性。

物理影響參數

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

(1) 陽極類型。 說到陽極類型,無非是可溶性陽極和不溶性陽極。 可溶性陽極通常為磷銅球,易產生陽極泥,污染鍍液,影響鍍液性能。 不溶性陽極,也稱為惰性陽極,一般由塗有鉭和鋯的混合氧化物的鈦網構成。 不溶性陽極,穩定性好,無需陽極維護,不產生陽極泥,脈衝或直流電鍍均可; 但是,添加劑的消耗量比較大。

(2) 陰極和陽極之間的距離。 電鍍填孔過程中陰陽極間距的設計非常重要,不同類型設備的設計也不相同。 但需要指出的是,無論設計如何,都不應違反法拉第一定律。

3) 攪拌。 攪拌的種類很多,有機械攪拌、電動攪拌、空氣攪拌、空氣攪拌、噴射(Eductor)等。

對於電鍍和填孔,一般傾向於在傳統銅筒配置的基礎上增加射流設計。 但是,無論是底部噴氣還是側噴,筒體內的噴氣管和空氣攪拌管如何佈置; 每小時的射流是多少; 射流管與陰極之間的距離是多少; 如果使用側射流,射流在陽極前面或後面; 如果使用底部噴射,會不會造成混合不均勻,鍍液會被弱攪強倒; 射流管上射流的數量、間距和角度都是設計銅筒時必須考慮的因素。 需要大量的實驗。

另外,最理想的方式是將每根噴射管連接一個流量計,從而達到監測流量的目的。 因為射流大,溶液容易發熱,所以溫度控制也很重要。

(4) 電流密度和溫度。 低電流密度和低溫會降低表面銅沉積速率,同時為孔內提供足夠的Cu2和光亮劑。 在此條件下,孔填充能力增強,但同時電鍍效率降低。

(5) 整流器。 整流器是電鍍過程中的一個重要環節。 目前,對電鍍孔填充的研究多局限於全板電鍍。 如果考慮圖案電鍍孔填充,陰極的面積會變得很小。 這時候就對整流器的輸出精度提出了非常高的要求。

整流器的輸出精度應根據產品線和過孔的大小來選擇。 線路越細,孔越小,對整流器的精度要求就越高。 一般應選擇輸出精度小於5%的整流器。 選用的整流器精度高,會增加設備投資。 對於整流器的輸出電纜接線,首先將整流器盡量放在電鍍槽的一側,這樣可以減少輸出電纜的長度,減少脈衝電流上升時間。 整流器輸出電纜規格的選擇應滿足最大輸出電流為0.6%時輸出電纜的線壓降在80V以內。 所需電纜截面積通常按載流能力2.5A/mm計算:。 如果電纜截面積過小或電纜長度過長,線路壓降過大,傳輸電流將達不到生產所需的電流值。

對於槽寬大於1.6m的電鍍槽,應考慮採用雙面供電方式,雙面電纜長度應相等。 這樣就可以保證雙邊電流誤差控制在一定範圍內。 電鍍槽的每個飛桿的每一側都應連接一個整流器,以便可以分別調節工件兩側的電流。

(6) 波形。 目前,從波形上看,電鍍填孔有兩種:脈衝電鍍和直流電鍍。 已經研究了電鍍和填充方法。 直流電鍍填孔採用傳統整流器,操作方便,但如果板厚,則無能為力。 脈衝電鍍填孔採用PPR整流器,操作步驟多,但對較厚的在製板加工能力強。

基材的影響

基闆對電鍍填孔的影響也不容忽視。 一般有介質層材料、孔形、厚徑比、化學鍍銅等因素。

(1)介電層的材料。 介電層的材料對填孔有影響。 與玻璃纖維增強材料相比,非玻璃纖維增強材料更容易填孔。 值得注意的是,孔中的玻璃纖維突起對化學銅有不利影響。 在這種情況下,電鍍填孔的難點在於提高化學鍍層種子層的附著力,而不是填孔工藝本身。

事實上,玻璃纖維增強基板上的電鍍和填孔已經在實際生產中使用。

(2)厚徑比。 目前,製造商和開發商都非常重視不同形狀和大小孔的填充技術。 孔的填充能力受孔厚徑比的影響很大。 相對而言,直流系統的商業用途更多。 在生產中,孔的尺寸範圍會比較窄,一般直徑80pm~120Bm,深度40Bm~8OBm,厚徑比不能超過1:1。

(3)化學鍍銅層。 化學鍍銅層的厚度和均勻性以及化學鍍銅後的放置時間都會影響填孔性能。 化學鍍銅太薄或厚度不均,填孔效果差。 一般建議在化學銅的厚度>0.3pm時補孔。 此外,化學銅的氧化對填孔效果也有負面影響。