盲孔電鍍填平不良改善研究

雷華山 于永貞 劉彬云 肖定軍

（廣東東碩科技有限公司，廣東 廣州 510245）

1 前言

隨著時尚消費類電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，給PCB行業(yè)帶來了更大的發(fā)展機遇。該類電子產(chǎn)品具有輕薄化、多功能化、集成化、傳輸信號快、傳輸頻率高等特點，要求其布線密度越來越大[1]。近年來HDI板產(chǎn)業(yè)因其高密度互連、高精細線路著稱得到快速增長。目前多階HDI板的層間互連大多采用微孔疊孔及交錯連接方式設(shè)計[2]，一般是采用電鍍銅填孔方式導(dǎo)通[3]，如何運用好電鍍填盲孔技術(shù)，確保填孔過程中品質(zhì)，成為業(yè)界工作者考慮的問題。畢竟電鍍填孔與傳統(tǒng)電鍍有一定的差別，在工藝參數(shù)、流程設(shè)計、設(shè)備方面有著更為嚴格的要求。填孔過程中的空洞、凹陷值（Dimple）、填孔藥液控制穩(wěn)定性等均是電鍍填孔的難點。本文將主要以實際開發(fā)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的填平不良（如空洞、凹陷值偏大、漏填等）缺陷進行分析，通過一系列分析和相關(guān)實驗驗證，得到了些改善填孔不良的思路和方法。

2 問題分析

2.1 不良現(xiàn)象種類

在填孔試驗后通過目檢發(fā)現(xiàn)，每塊試驗樣板中都會出現(xiàn)少量盲孔填孔不良，通過對不良盲孔切片分析，統(tǒng)計其不良現(xiàn)象如下表1。

2.2 不良原因分析

通過切片確認，不良模式主要為凹陷值偏大、漏填、空洞和孔塞四種模式。其中凹陷值值偏大、漏填比率最高，其次是空洞。影響填孔電鍍品質(zhì)的因素很多，包括填孔電鍍設(shè)備、電鍍液組成、填孔工藝參數(shù)等各方面，表2主要從人、機、料、法、 環(huán)五方面針對此次填孔不良可能造成原因進行分析。

表1 填孔不良缺陷表

針對上述原因的分析，有重點地從以下幾方面進行排查：

（1）添加劑組分濃度失調(diào)：原理分析，盲孔的填孔主要是通過添加劑中各組分的協(xié)調(diào)作用、吸附差異平衡化完成，組分濃度的失控，勢必造成添加劑在盲孔內(nèi)吸附平衡的破壞，打破超等角填孔模式。

（2）導(dǎo)電性不良：每個夾頭實際電流大小直接影響到該區(qū)域很大一部分盲孔的填孔效果，，夾頭電流大小不穩(wěn)甚至夾頭電流分布不均勻，勢必影響到電場線在盲孔板面及孔口內(nèi)分布，最終導(dǎo)致添加劑分布差異的失常，影響填孔效果。

（3）噴嘴堵塞：原理分析，填孔槽噴壓大小直接影響到填孔過程中孔內(nèi)藥水交換效果，若噴嘴堵塞必然造成部分孔藥水交換不好，造成填孔效果欠佳，凹陷值偏大，孔內(nèi)容易有異物，必須確保電鍍槽內(nèi)噴嘴無堵塞，避免影響填孔效果。

（4）預(yù)鍍和填孔前處理異常：原理分析，預(yù)鍍和前處理效果直接影響到填孔效果，預(yù)鍍效果不好或是微蝕不足，均可能導(dǎo)致個別鐳射孔孔內(nèi)導(dǎo)電不良，孔內(nèi)電阻偏高，在填孔時不利于添加劑分布，導(dǎo)致填孔失敗。

（5）槽內(nèi)氣泡的影響：原理分析，陽極網(wǎng)破裂及泵浦吸入口漏氣，勢必會造成大量的氧氣及空氣進入槽內(nèi)，通過過濾泵循環(huán)過濾，將氣泡帶入整個槽體或從噴流管進入盲孔，阻礙孔內(nèi)藥水交換而導(dǎo)致漏填現(xiàn)象發(fā)生。

2.3 可能原因驗證分析

2.3.1 添加劑濃度失調(diào)

表2 填孔不良影響因素分析

為了驗證填孔槽液中添加劑組分濃度是否失控，一方面進行添加劑有效組分CVS分析測試，看組分濃度是否在參數(shù)控制范圍內(nèi)。另一方面，從大槽中取出一小部分槽液用哈林槽進行小試驗證，驗證其填孔效果是否跟大槽一樣，試驗結(jié)果如表3、4，從填孔圖片中基本可以判斷，大槽中填孔出現(xiàn)的填孔不良跟添加劑濃度失調(diào)無關(guān)。

表3 填孔添加劑分析濃度

表4 盲孔填孔效果圖對比

2.3.2 導(dǎo)電性不良

圖1是VCP槽液改善前夾板簡意圖，通過電流表測試每個夾頭的電流值，發(fā)現(xiàn)夾頭電流大小不一樣，相差較大，夾頭3、4導(dǎo)電明顯不好，整個夾具導(dǎo)電不均勻。此外還發(fā)現(xiàn)，試板兩端在缺少陪鍍板的前提下，填孔時因陰極銅排來回移動（移動幅度30 cm），勢必容易造成試板兩端30 cm處相對應(yīng)陽極電流輸出不均勻、不連續(xù)，最終也會影響試板填孔效果。改善對策：見圖2，試板兩端增加30 cm左右假板（Dummy），用稀硫酸清洗陰極銅排，夾頭接觸不良處，用銅絲把銅排與夾頭纏繞連接，改善夾頭3、4導(dǎo)電性，改善后再用電流表測試每個夾頭電流值，表5是改善前后每個夾頭的電流值（總設(shè)定為120 A）。

2.3.3 噴嘴堵塞

圖1 VCP改善前夾板簡意圖

圖2 VCP槽改善后夾板簡意圖

填孔槽液放置時間較長，濾芯又長期未更換。存在噴嘴堵塞風(fēng)險。改善對策：把噴管卸下，清理每一個噴嘴，同時用高壓自來水沖洗，更換過濾棉芯，改用過濾精度為1 μm棉芯加強鍍液循環(huán)過濾。同時對盲孔塞孔中的異物及槽液中異物進行EDS測試對比分析，測試結(jié)果如表6所示，從表中的元素含量可以看到，盲孔內(nèi)異物跟槽液中的異物成分相似，孔塞是鍍液較臟所致。

3 改善效果驗證

通過添加劑濃度分析及哈林槽小試驗證試驗，槽液的循環(huán)過濾、噴嘴清潔、導(dǎo)電性不良的改善處理后，再進行了盲孔板填孔試驗，確認盲孔填孔不良現(xiàn)象是否得到改善，并進行了填孔不良結(jié)果統(tǒng)計，從表7可以看到，經(jīng)過上面幾項改進措施后，填孔效果得到很大的改善，凹陷值偏大、孔塞、空洞問題得到解決，但是漏填的現(xiàn)象仍然存在，未得到根本改善，且所有漏填孔失效模式一樣，孔內(nèi)完全不上銅，甚至有溶銅現(xiàn)象發(fā)生。

表5 夾頭改善前后電流值

表6 異物測試對比圖

表7 初步改善填孔效果圖

針對填孔過程中漏填現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)合到盲孔填孔電鍍原理及影響因素，認為產(chǎn)生這種缺陷最大可能原因是預(yù)鍍不好，微蝕前處理不良、還有就是槽液中氣泡過多造成。因為預(yù)鍍不好、微蝕處理不良都會導(dǎo)致孔內(nèi)電阻過大，甚至出現(xiàn)微蝕后斷銅現(xiàn)象，導(dǎo)致填孔失敗。此外槽液氣泡過多，經(jīng)過濾泵循環(huán)，將氣泡帶入整個槽體或從噴嘴進入盲孔，嚴重阻礙孔內(nèi)藥水交換而導(dǎo)致漏填現(xiàn)象發(fā)生，針對此分析，安排以下試驗進行驗證。

（1）更換不同批次沉銅預(yù)鍍后盲孔試驗樣板，加強微蝕前處理工藝步驟及控制參數(shù)，微蝕速率控制在0.3μm ～ 0.8 μm范圍內(nèi)，保證微蝕量穩(wěn)定進行填孔試驗，試驗結(jié)果如下表8所示，從結(jié)果可以看到，此次漏填現(xiàn)象發(fā)生跟預(yù)鍍及微蝕前處理關(guān)系不大，漏填現(xiàn)象仍未得到解決。

表8 不同批次試驗板填孔效果圖

（2）槽液氣泡問題，其來源無非從兩方面進入。一方面，來自不溶性鈦網(wǎng)釋放出氧氣，如果陽極網(wǎng)罩破損，氧氣很容易擴散進入到槽體。另一方面，管道漏氣，密封性不好，在泵浦開啟時，空氣很容易被帶進循環(huán)泵，進而進入槽液及盲孔。針對此兩點進行排查，發(fā)現(xiàn)最有可能產(chǎn)生氣泡地方為泵浦吸入口，有兩支管路，其中一支漏液嚴重，會導(dǎo)致泵浦在開啟時吸入空氣，而吸入的空氣經(jīng)過濾芯會變更小，容易從噴嘴進入盲孔，導(dǎo)致填孔模式失效。因而將其關(guān)閉，只保留另外一個吸入口，試驗結(jié)果如表9所示，從結(jié)果可以看到，關(guān)掉漏氣吸入口閥門，漏填現(xiàn)象消失，填孔效果良好，說明此次漏填正是跟泵浦吸入口漏氣有關(guān)，是槽液中氣泡所造成，阻礙了盲孔內(nèi)鍍液交換。

表9 泵浦關(guān)掉后填孔效果圖

4 結(jié)論

通過改善前后對比可以看到，此次凹陷值偏大，空洞、塞孔缺失是由于夾頭導(dǎo)電不良、噴嘴堵塞、槽液較臟所致；而漏填現(xiàn)象是由于槽液中存在大量氣泡，氣泡經(jīng)過濾棉芯后會變得更細小，更容易進入孔內(nèi)，造成鍍液交換困難，是由管路漏氣原因所導(dǎo)致。當(dāng)然，影響盲孔填孔的因素還有很多，只有平時做到長期監(jiān)控、細心維護、認真排查造成填孔不良的每一個可能因素，才能真正運用好盲孔填平技術(shù)，提高HDI工藝制作水平。

[1]孫俊杰,歐陽小平,陸然等. 噴流方式對電鍍填孔影響分析[J].印制電路信息,2012,10(10)：22-26.

[2]楊宏強,王洪,駱玉祥等.多階盲孔板制作中關(guān)鍵技術(shù)研究[J].印制電路資訊,2007,11(6)：72-75.

[3]陳世金,徐緩,羅旭等.影響印制線路板電鍍填盲孔效果的因素[J].電鍍與涂飾,2012,12(36)：33-37.