電流密度對(duì)填孔效果影響研究

朱常軍 何小國(guó)

（四會(huì)富仕電子科技股份有限公司，廣東 肇慶 526236 ）

0 前言

隨著電子產(chǎn)品逐步往輕、薄、短、小、集成化方向發(fā)展，產(chǎn)品的微型化、高集成化程度越來(lái)越高，推動(dòng)HDI孔加工由簡(jiǎn)單的盲埋孔向復(fù)雜的電鍍填埋孔發(fā)展。電鍍填埋孔有利于疊孔和盤(pán)上孔設(shè)計(jì)，提高了載板密度，有利于改善電氣性能，提高連接可靠性，提升運(yùn)行頻率以及避免電磁干擾。填孔和電氣互連同時(shí)完成，避免了樹(shù)脂、導(dǎo)電膠填孔造成的缺陷和填孔材料不一致導(dǎo)致的CTE差異現(xiàn)象。電鍍填孔后表面沒(méi)有凹陷，有利于精細(xì)線路的制作，孔內(nèi)為銅柱，導(dǎo)電性能與散熱性能相比導(dǎo)電樹(shù)脂更加優(yōu)異，因此電鍍填孔的應(yīng)用越來(lái)越廣。本文通過(guò)幾種不同的電鍍方法，探尋影響電鍍填孔的影響因素。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 不同電鍍時(shí)間對(duì)填孔效果的影響

1.1.1 填孔電鍍實(shí)驗(yàn)條件

填孔電鍍鍍液組成，見(jiàn)表1所示。填孔電鍍添加劑采用A公司3組成分，龍門(mén)電鍍線電鍍。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)板盲孔制作采用三菱激光機(jī)鉆孔，孔徑為0.100 mm，介質(zhì)層使用型號(hào)1080玻纖布RC64%、 t0.076 mm半固化片。對(duì)應(yīng)孔徑0.100 mm進(jìn)行填孔電鍍，電流密度使用9.5 ASF，分別填孔電鍍10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min、70 min，然后分別對(duì)同一位置取樣進(jìn)行切片研磨及觀察。

表1 填孔電鍍液組成

1.1.3 不同電鍍時(shí)間對(duì)填孔結(jié)果及分析

圖1 不同位置不同電鍍時(shí)間切片情況

不同位置、不同時(shí)間條件下，填孔情況見(jiàn)圖1。從切片結(jié)果可以看出，填孔電鍍時(shí)，填銅沉積速度最快，處于孔底拐角位置，再由孔底的兩邊向中間生長(zhǎng)填銅；此時(shí)孔底銅的沉積速度相對(duì)于孔的兩側(cè)較緩慢（見(jiàn)表1，10～30 min）。當(dāng)電鍍時(shí)間到達(dá)30～40 min區(qū)間時(shí)，孔底銅的沉積速度開(kāi)始急劇加速；到達(dá)60 min時(shí)，孔內(nèi)銅的沉積速度開(kāi)始下降，然后其沉積速度與孔的表面銅厚沉積速度趨于一致，最終孔的凹陷度保持在一個(gè)穩(wěn)定的值。

1.2 不同孔徑、電鍍時(shí)間組合填孔效果

1.2.1 填孔電鍍實(shí)驗(yàn)條件

填孔電鍍鍍液組成，采用龍門(mén)電鍍線電鍍；選擇不同的電流密度和電鍍時(shí)間（見(jiàn)表2所示）。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方案

盲孔制作采用三菱激光機(jī)鉆孔，孔徑分別為0.100 mm、0.125 mm、0.150 mm。

介質(zhì)層：（1）使用型號(hào)1080玻纖布RC64%，t0.076 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.100 mm；（2）使用型號(hào)1080玻纖布RC70%、 t0.081 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.125 mm；（3）使用型號(hào)3313玻纖布RC59% 、t0.104 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.150 mm；（4）使用型號(hào)2116玻纖布RC58%、 t0.130 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.150 mm。

1.2.3 電鍍填孔結(jié)果

不同的介質(zhì)層、孔徑、電流密度及電鍍時(shí)間所得到的填孔結(jié)果（見(jiàn)表2所示）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

不同孔徑的電鍍最佳參數(shù)分別如下：

（1）表2序號(hào)A-3，使用介質(zhì)層型號(hào)1080 RC64%t0.076 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.100 mm進(jìn)行填孔電鍍，電鍍條件9.5 ASF×40＋14 ASF×45 min，填孔后無(wú)空洞發(fā)生，凹陷量4～6 μm。

（2）表2序號(hào)B-2，使用介質(zhì)層型號(hào)1080 RC70%t0.081 mm 半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.125 mm進(jìn)行填孔電鍍；電鍍條件9.5 ASF×90 min＋14 ASF×35 min，填孔后無(wú)空洞發(fā)生，凹陷量5～8 μm。

（3）表2序號(hào)C-2，使用介質(zhì)層型號(hào)3313 RC59%t0.104 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.150 mm進(jìn)行填孔電鍍；電鍍條件9.5ASF×60 min＋14 ASF× 60 min，填孔后無(wú)空洞發(fā)生，凹陷量5～9 μm。

（4）表2序號(hào)D-3，使用介質(zhì)層型號(hào)2116 RC58%t0.130 mm半固化片，對(duì)應(yīng)孔徑0.150 mm進(jìn)行填孔電鍍；電鍍條件9.5 ASF×60 min＋14 ASF×115 min，填孔后無(wú)空洞發(fā)生，凹陷量10～15 μm。

這些最佳電鍍填孔參數(shù)的共同特點(diǎn)是先小電流密度將孔底部填滿，當(dāng)?shù)撞刻顫M后馬上啟用大電流，可杜絕空洞發(fā)生，同時(shí)也縮短了加工時(shí)間。

填孔效果不同的切片，見(jiàn)圖2所示。

3 結(jié)論

（1）激光孔填孔電鍍時(shí)填銅生長(zhǎng)速度最快為孔底拐角位置，然后由孔底兩邊向中間生長(zhǎng)。不同時(shí)間段銅的生長(zhǎng)速度不一樣，當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間時(shí)，孔里銅的生長(zhǎng)速度與表面銅厚的生長(zhǎng)速度趨于一致，此時(shí)填孔凹陷達(dá)到最小值，若要保證填孔凹陷最小，此時(shí)必須停止電鍍。

表2 介質(zhì)、孔徑、電流密度及電鍍時(shí)間

圖2 填孔切片圖

（2）由于填孔電鍍時(shí)銅的生長(zhǎng)特性，采用二次分段電流填孔，先小電流密度將孔底完全填充，然后再用大電流加快銅的生長(zhǎng)，可有效避免填孔空洞現(xiàn)象及減小填孔凹陷量，同時(shí)也可減少加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。