改善高密度互連板鍍銅填孔漏填的研究

楊云 吳都 曹大福

（生益電子股份有限公司，廣東 東莞 523127）

0 引言

近年來，智能手機、平板電腦等消費類電子產(chǎn)品逐漸普及，高密度互連（high density interconnector，HDI）板的需求量也不斷增加。但HDI 板盲孔數(shù)動輒幾十萬，出現(xiàn)鍍銅漏填的概率較高，對電鍍生產(chǎn)環(huán)境的要求也較苛刻。本文主要從產(chǎn)線環(huán)境、藥水性能等方面展開研究，根據(jù)不同的漏填失效模式進行分析，有針對性地實施定點改善，降低HDI 板的報廢或返工頻次，為HDI板制作提供參考。

1 原理介紹

1.1 填平機理

盲孔電鍍在高銅低酸環(huán)境下，采用填孔類添加劑，調(diào)整銅離子在高低電位的沉積速率，即確保盲孔底部（低電位）的沉積速率大于鍍件表面，填充整個盲孔，形成飽滿、平整的鍍孔。盲孔填平主要有起始期、爆發(fā)期、修復期和平衡期4 個階段。在起始期，光亮劑快速擴散至孔底，抑制劑大量吸附在鍍件表面，直至各種添加劑達到吸附平衡的狀態(tài)；在爆發(fā)期，通過強藥水交換，于較短時間內(nèi)完成50%的盲孔填平任務(wù)，此階段是填孔的最佳時期；在修復期，盲孔的銅沉積速率開始下降；在平衡期，盲孔已基本被填平，盲孔和表面銅沉積速率達到一致。在后面2 個階段，需整平盲孔凹陷，同時抑制盲孔繼續(xù)向上生長，如圖1所示。

圖1 盲孔填平過程

1.2 流程設(shè)計

目前，行業(yè)內(nèi)的HDI 板盲孔填平板流程主要有以下2類。

（1）沉銅→除油→水洗→預(yù)浸→填孔→水洗→下料→酸洗→水洗。

（2）沉銅→除油→水洗→預(yù)浸→閃鍍→水洗→微蝕→水洗→硫酸→填孔→水洗→下料→酸洗→水洗。

對比2種流程，第1類在沉銅后直接填孔，保證較薄面銅，具有一定成本優(yōu)勢；第2 類在填孔前增加閃鍍微蝕流程，提升鍍層的可靠性和填孔效果，且可滿足部分產(chǎn)品通盲共鍍的要求。因此，填孔線主要采用第2類設(shè)計。

2 缺陷介紹

2.1 盲孔缺陷

對問題板進行切片失效分析，結(jié)果顯示，缺陷以漏填和凹陷為主，空洞次之，如圖2 所示。本文主要對漏填問題展開改善分析。

2.2 漏填類型

盲孔漏填表現(xiàn)為整孔漏鍍，在孔底爆發(fā)期開始出現(xiàn)異常，孔內(nèi)僅有較薄的銅層，甚至是斷銅，影響因素較多?？蓪⑺鸭降氖螒B(tài)分為盲孔底部鉆穿、層壓介厚超標、層壓雜物、沉銅不良、填孔氣泡和槽內(nèi)雜物這6類，如圖3所示。

常見的漏填有氣泡和雜物類漏填，主要針對這2類問題展開改善分析。

3 改善分析

3.1 試板設(shè)計

對漏填缺陷的研究，參考常見的生產(chǎn)板設(shè)計進行模擬試驗。試板（panel，PNL）為HDI 板（1+2+1），疊層如圖4所示。

圖4 疊層設(shè)計

試板尺寸為610 mm×458 mm，共有12 個單元，每個單元均有盲孔和通孔，如圖5 所示。其中0.100 mm 及0.125 mm 的盲孔各有24 萬個/PNL。

圖5 試板設(shè)計

3.2 氣泡類影響

采用提拉式垂直連續(xù)電鍍線填孔，在此過程中，多次從槽內(nèi)提起、放下板件，與槽內(nèi)的氣-液面接觸，可能有氣泡殘存于盲孔內(nèi)，需采用噴流、振動、氣頂?shù)韧饨绺蓴_方式消除氣泡，否則會影響后續(xù)正常的盲孔填平。

3.2.1 前處理水洗

通常情況下，為保證生產(chǎn)板的清洗效果，滿足平時洗缸的需要，對前處理水洗一般同時配備噴流泵和打氣管。通孔板的孔徑較大，且是貫通的，同時開啟打氣和噴流，產(chǎn)生的影響不明顯。但打氣+噴流對于盲孔的影響較大，因為打氣產(chǎn)生的小氣泡經(jīng)噴流泵，被吸入打碎，形成粒徑更小的微小氣泡，不易破掉，如受噴流壓力被打入盲孔內(nèi)，則較難被趕出，影響后續(xù)孔內(nèi)完成電鍍反應(yīng)。因此對噴流+打氣的槽體，建議在生產(chǎn)時禁止同時開啟噴流和打氣，可在未開打氣的閥門上掛常閉標識牌，并將對閥門狀態(tài)的點檢作為生產(chǎn)前的檢查項，以規(guī)避此風險點。

3.2.2 液位

為保證孔內(nèi)清洗和潤濕效果，大多數(shù)槽體配備了噴管（由于是盲孔制作，噴流量相對通孔板較大），但當槽體液位過低時，上端噴管所帶出的大噴流與液面撞擊產(chǎn)生水花，存在氣泡入孔的風險。因此，建議可適當降低液位感應(yīng)器探頭位置，確保液位低于最上端噴管時立即報警并調(diào)整其位置。

3.2.3 中處理

如上所述，采用閃鍍+填孔，有對粗化孔內(nèi)銅面的中處理（閃鍍后水洗2 次+微蝕+微蝕后水洗 2 次+硫酸）環(huán)節(jié)，便于后續(xù)填孔光亮劑的吸附。根據(jù)所搜集到的氣泡漏填類切片形態(tài)，大多數(shù)的閃鍍層都較完整，但閃鍍后出現(xiàn)鍍銅異常，如圖6所示?？變?nèi)呈現(xiàn)較圓滑的碗口形狀，孔口伴隨有包孔的趨勢，由此可見氣泡在閃鍍后進入盲孔內(nèi)部。

圖6 氣泡類漏填

在閃鍍后、進入填孔缸前，需完成8 次提起、放下的重復動作，在此過程中存在諸多不穩(wěn)定因素。如為增強孔內(nèi)微蝕效果，可能選擇開啟超聲波震蕩，但在現(xiàn)場觀察到，在處理水洗環(huán)節(jié)中一旦開啟超聲波，較多微小氣泡受震蕩影響，將懸于藥水中，無法正常浮出水面，造成氣泡漏填。因此，針對上述問題設(shè)計了水洗方式對比試驗，對比結(jié)果見表1。

表1 中處理水洗方式對比

由表1 可知，不可采用開啟超聲波增加孔內(nèi)微蝕效果的方式。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，硫酸缸增加氣頂，在板件進入填孔前趕出氣泡的方式效果較好。

3.2.4 銅缸

采用不溶性陽極鈦板，在電鍍過程中，陽極發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生氣泡。正常情況下，發(fā)生反應(yīng)的鈦板盒與槽液之間有1 層濾袋和離子膜，可將兩者分隔，有效阻擋了反應(yīng)氣泡進入槽液，但如失去離子膜這道屏障，將大幅增加氣泡入孔的風險。因此，建議在碳處理期間，全方位檢查離子膜，如有破損離子膜，及時更換或在鈦板固定盒外加套1層濾袋，增強氣泡過濾效果。

3.2.5 過濾泵

為過濾藥水中的雜質(zhì)，定期更換循環(huán)/噴流泵內(nèi)的棉芯，由生產(chǎn)人員完成操作，但不同人員的操作存在差別，導致棉芯的緊固程度不同，對泵是否處于真空的密閉狀態(tài)產(chǎn)生影響。因此，設(shè)計實驗?zāi)M銅缸噴流泵保養(yǎng)過程中可能出現(xiàn)的異常狀態(tài)，并進行對比，結(jié)果見表2。

表2 過濾泵狀態(tài)對漏填影響

由表2 可知，噴流泵的狀態(tài)對漏填的直接影響較大。因此建議重點關(guān)注棉芯更換時的緊固程度及保養(yǎng)后的排氣處理。

3.3 粉塵雜物類影響

雜物的來源主要有固體和液體（油污）類雜質(zhì)，大多由外界環(huán)境帶入，微小異物通常僅有幾十微米甚至更小，進入盲孔后較難去除，進而阻止孔內(nèi)藥水交換，無法正常完成電鍍。因為異物多為不規(guī)則形狀，所以形成的盲孔漏填也不規(guī)則，多為菱形、三角形、斜四邊形等形狀，如圖7所示。

圖7 雜物類漏填

電鍍工序環(huán)境相比其他工序環(huán)境惡劣，如設(shè)備老化后產(chǎn)生的殘屑、藥水結(jié)晶、管道上冷凝的酸性油污等都有可能在電鍍過程中伴隨噴流進入盲孔，造成漏填，所以對雜物堵孔要從源頭抓起，以防治為主，如定期保養(yǎng)做好6S 清潔、檢驗工序物料的純度、檢查過濾泵的工作效果等，消除一切外來雜物進入槽液的可能。

3.4 藥水性能影響

除外界環(huán)境因素，藥水自身的能力對填孔效果也有較大影響，其中添加劑最為關(guān)鍵。相關(guān)研究結(jié)果表明，在電鍍過程中，隨著電負荷的不斷增加，添加劑性能會出現(xiàn)不同程度的下降，如圖8所示。

圖8 藥水能力不足導致漏填

具體表現(xiàn)為：光亮劑被溶解氧氧化，加速作用開始失效，且吸附作用逐漸下降；抑制劑作為大分子鏈，在反應(yīng)過程中被電解的副產(chǎn)物不斷累積，影響填平效果。

在生產(chǎn)過程，槽液持續(xù)進行物理和化學反應(yīng)，產(chǎn)生副產(chǎn)物，導致藥水老化甚至失效。因此，需定期對藥水進行工藝維護（如碳芯過濾和碳處理等），去除其中的殘留物和有機副產(chǎn)物。

另外，載運劑相對較穩(wěn)定，可協(xié)助光亮劑在陰極凹陷各處分布，模擬研究其不同濃度（管控濃度為26～34 mL/L）的影響，結(jié)果見表3。由表3可知，在載運劑濃度偏低時，會增加漏填概率，因此需確保載運劑保持一定的濃度。

表3 載運劑對漏填的影響

4 結(jié)語

HDI 板漏填失效問題的成因較多，其結(jié)果影響較大。需做好失效原因分析，對其產(chǎn)生的機理進行合理的科學分析、演繹推理和實驗探究，最終明確失效原因，并采取有針對性的措施。隨著對生產(chǎn)制程的逐步改進，盲孔漏填缺陷得到了顯著改善，工序操作得到了優(yōu)化。同時，對過程管控需制定標準，形成規(guī)范化的操作文件，并在生產(chǎn)中嚴格執(zhí)行，降低HDI板不良率及報廢率。