高密度互連板盲孔鍍層質(zhì)量的影響因素研究

張紅喜，厲小雯*，黃炳孟

（珠海方正科技多層電路板有限公司，廣東 珠海 519070）

隨著印制線路板向多層化、集成化、多功能化方向 發(fā)展，高密度互連(HDI)技術(shù)中埋孔及盲孔的應(yīng)用已有一段時(shí)間[1]，而起導(dǎo)通作用的盲孔鍍層質(zhì)量對高密度互連技術(shù)起決定作用[2]，因此研究影響盲孔鍍層質(zhì)量的因素非常有意義。

筆者所在公司的HDI 板盲孔電鍍采用垂直連續(xù)電鍍(VCP)線，對盲孔可靠性有影響的因素分析如圖1。目前遇到的主要問題是電鍍液碳處理后就會發(fā)生盲孔“八字腳”(見圖2)，其原因很可能是：TOC(總有機(jī)碳)含量偏高，光劑比例失調(diào)，導(dǎo)電不良，以及背光不良。本文主要通過哈林槽試驗(yàn)?zāi)M電鍍過程，對這些因素進(jìn)行研究，從中找出關(guān)鍵影響因素，并制定改善及預(yù)防措施。

圖1 盲孔可靠性異常原因分析圖Figure 1 Fishbone diagram for analysis of abnormal reliability of blind via

圖2 盲孔“八字腳”問題Figure 2 Splayfoot problem of blind via

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1.1 主要試劑與儀器

濃硫酸(98%)、濃鹽酸(36.5%)、五水硫酸銅(CuSO4·5H2O)、羅門哈斯光劑125T(含主光劑A 及載體B)。

瑞士Metrohm 公司797VA CVS 分析儀、美國OI公司Aurora 1030D 總有機(jī)碳分析儀、LAB TECH 公司UV Power 紫外可見分光光度計(jì)、OLYPUS 公司BX51金相顯微鏡。

1.1.2 流程設(shè)計(jì)

板厚2.0 mm，盲孔鉆孔采用Large Window 工藝，孔連通方式如圖3所示。

圖3 激光盲孔剖面示意圖Figure 3 Schematic cross-sectional view of laser-drilled blind via

大致的工藝流程為：開料及多層板制作─激光鉆孔─沉銅─電鍍─切片分析。

1.1.3 電鍍參數(shù)

電鍍實(shí)驗(yàn)在哈林槽中進(jìn)行，電流1.8 A，時(shí)間60 min，電流密度14 ASF。

1.2 試驗(yàn)過程

1.2.1 考察TOC 含量偏高的影響

各階段的鍍液成分及TOC 分析如表1所示。

表1 在線藥水、碳處理后藥水及新開缸藥水的組分濃度及TOC 含量分析結(jié)果Table 1 Analysis results of concentrations of constituents and TOC for the baths used online,treated by activated carbon,and as-prepared,respectively

按在線藥水的光劑濃度對碳處理藥水及新開缸藥水各補(bǔ)加主光劑A 1.5 mL/L 和載體B 20.896 mL/L 后進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2 考察不同光劑比例的影響

采用新開缸鍍液，其組成為：CuSO4·5H2O 90 g/L，H2SO4120 mL/L，Cl-50 mg/L。

方案設(shè)計(jì)見表2。

1.2.3 考察導(dǎo)電不良的影響

1.2.3.1 藥水準(zhǔn)備

新開缸，鍍液組成為：CuSO4·5H2O 90 g/L，H2SO4120 mL/L，Cl-50 mg/L，主光劑A 3.5 mL/L，載體B 18 mL/L。

1.2.3.2 導(dǎo)電不良模擬

將陰陽極互換接反20 s，然后換回正常連接。

表2 不同光劑比例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案Table 2 Scheme for testing at different proportions of brighteners

1.2.4 考察背光不良原因的影響

1.2.4.1 藥水準(zhǔn)備

與2.2.3.1 相同。

1.2.4.2 背光不良模擬

正常程序：溶脹─水洗─除膠─水洗─中和─水洗─除油─水洗─微蝕─水洗─預(yù)浸─活化─水洗─加速─水洗─沉銅─泡酸中(體積分?jǐn)?shù)0.02%～0.08%的硫酸，時(shí)長1 h)─酸洗─電鍍。

方案A：正常程序的除膠后不經(jīng)過中和工序。

方案B：正常程序的沉銅后改泡酸1 h 為泡水4 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 TOC 含量偏高對HDI 板盲孔鍍銅質(zhì)量影響的試驗(yàn)切片圖分析

從表3中看出，用高TOC 含量藥水電鍍盲孔未能重現(xiàn)“八字腳”，由于有機(jī)污染不是很嚴(yán)重，因此未能影響盲孔質(zhì)量，但是TOC 含量過高會存在盲孔質(zhì)量隱患及發(fā)生堵孔問題。

表3 TOC 含量偏高對HDI 板盲孔鍍銅質(zhì)量的影響Table 3 Effect of high TOC content on copper coating quality of blind via in HDI board

2.2 不同光劑比例對HDI 板盲孔鍍銅質(zhì)量影響的試驗(yàn)切片圖分析

從表4中可以看出，不同光劑比例實(shí)驗(yàn)未能重現(xiàn)盲孔“八字腳”，這是因?yàn)榱蛩嵝湾冦~液即使沒有光劑也能上鍍。但從切片中鍍層形狀看，主光劑含量高，底部銅層則較厚，即光劑比例失調(diào)對盲孔孔型有很大影響，這與主光劑優(yōu)先吸附在盲孔底部低電流密度區(qū)的作用原理一致。

表4 光劑比例對HDI 板盲孔鍍銅質(zhì)量的影響Table 4 Effect of brightener proportion on copper coating quality of blind via in HDI board

2.3 導(dǎo)電不良對HDI 板盲孔質(zhì)量影響的試驗(yàn)切片圖分析

從表5中可以看出，導(dǎo)電不良實(shí)驗(yàn)雖未能模擬出盲孔“八字腳”，但會造成盲孔鍍層不良。由于電源接反導(dǎo)致陰極成為陽極，將原有薄薄的銅層溶解掉，因此未能上鍍，這也說明導(dǎo)電不良對盲孔可靠性有較大影響。

表5 導(dǎo)電不良對HDI 板盲孔鍍銅質(zhì)量的影響Table 5 Effect of poor conduction on copper coating quality of blind via in HDI board

2.4 背光不良對HDI 板盲孔質(zhì)量影響的試驗(yàn)切片圖分析

從表6可看出，中和不良造成的背光不良實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)了電鍍盲孔孔角出現(xiàn)斷裂的問題。由于中和不良造成盲孔拐角處殘留除膠所用的高錳酸鉀及其還原產(chǎn)物(如錳酸根離子、二氧化錳)等，這些物質(zhì)對沉銅時(shí)起催化作用的鈀產(chǎn)生毒化作用，導(dǎo)致沉不上銅而造成背光不良。而沉銅后在水中浸泡后再電鍍未能模擬出盲孔“八字腳”問題，其原因可能是氧化并不十分嚴(yán)重，經(jīng)酸洗去氧化層后沉銅層還存在，故能上鍍。

表6 背光不良對HDI 板盲孔鍍銅質(zhì)量的影響Table 6 Effect of poor backlight on copper coating quality of blind via in HDI board

3 結(jié)論

(1) 電源接反使陰極成為陽極，將原有薄薄的銅層溶解掉，導(dǎo)致未能鍍上銅，因此設(shè)備導(dǎo)電不良是影響盲孔質(zhì)量及可靠性問題的關(guān)鍵因素之一。

(2) 中和不良會造成盲孔拐角處殘留高錳酸鉀及錳酸根離子等對沉銅時(shí)起催化作用的鈀產(chǎn)生毒化作用的物質(zhì)，導(dǎo)致沉不上銅而造成背光不良是影響盲孔質(zhì)量及可靠性問題的關(guān)鍵因素之一。

(3) 為保證盲孔質(zhì)量，實(shí)際電鍍過程中應(yīng)注意：TOC 含量偏高依然存在品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)對銅缸進(jìn)行碳處理；光劑比例失調(diào)雖對盲孔可靠性無影響，但會造成盲孔孔口與底部厚度不均等問題，應(yīng)按適當(dāng)比例對光劑進(jìn)行管控；為更好地進(jìn)行中和，可在中和槽中安裝超聲波裝置，增強(qiáng)中和作用；為避免沉銅后氧化，可將沉銅后的板浸泡于稀酸中，避免背光不良。

[1]張懷武,何為,林金堵,等.現(xiàn)代印制電路原理與工藝[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010:246.

[2]林旭榮.盲孔的失效模式分析及質(zhì)量控制[C]// 2007年CPCA 秋季論壇論文集.