PCB孔金屬化問題的改善措施

背景

通常，多層印制電路板孔金屬化缺陷產(chǎn)生是由不同工序、各種工藝條件相互影響而產(chǎn)生。所以， 在面對孔金屬化缺陷時，沿工藝流程分析，找出影響因素，通過金相切片確認(rèn)最終影響因素，通過改進(jìn)工藝參數(shù)，提高生產(chǎn)管理能力，實現(xiàn)提高孔金屬化質(zhì)量的目的。

鉆孔工序

鉆孔質(zhì)量差引起的孔口毛刺、孔壁粗糙、基材凹坑及環(huán)氧樹脂膩污等缺陷，可通過加強(qiáng)以下幾方面的工藝、質(zhì)量控制，得以去除或削弱，從而提高鉆孔質(zhì)量，實現(xiàn)提高孔金屬化質(zhì)量的目標(biāo)。

鉆頭本身的質(zhì)量，對鉆孔的質(zhì)量起著極為關(guān)鍵的作用。由形狀上區(qū)別，鉆頭一般可分為普通型及錐斜型、鏟型和特殊型。后三種較普通型的優(yōu)點是刃帶的長度比較短，一般為0.5mm 左右，明顯減少鉆孔的發(fā)熱量，進(jìn)而減少環(huán)氧樹脂膩污。

鉆頭壽命與研磨次數(shù)是鉆孔質(zhì)量的主要影響因素之一。鉆頭壽命過高時，在鉆孔后期會出現(xiàn)鉆孔質(zhì)量差，嚴(yán)重時會發(fā)生鉆頭折斷現(xiàn)象。當(dāng)孔的質(zhì)量指標(biāo)中，有一項下降到接近公差極限時，就需要更換鉆頭，換下去翻磨或報廢。研磨次數(shù)過多的鉆頭常引起孔壁粗糙、環(huán)氧樹脂膩污等鉆孔缺陷。

沉銅工序

沉銅質(zhì)量是影響孔金屬化最直接、關(guān)鍵因素之一。目前化學(xué)沉銅的主要工序流程為溶脹→去鉆污→中和還原→條件→微蝕→預(yù)浸→活化→加速→ 化學(xué)沉銅。

孔壁去樹脂鉆污及凹蝕處理

凹蝕，是指為了充分暴露多層板的內(nèi)層導(dǎo)電表面，而控制性地去除孔壁非金屬材料至規(guī)定深度的工藝。所謂去鉆污，是指去除孔壁上的熔融樹脂和鉆屑的工藝。多層板加工時，在孔金屬化處理之前，為進(jìn)一步提高金屬化孔與內(nèi)層導(dǎo)體的連接可靠性，最好在去鉆污的同時，進(jìn)行凹蝕處理。

經(jīng)過凹蝕處理的多層板孔，不但去除了孔壁上的環(huán)氧樹脂鉆污層， 而且使內(nèi)層導(dǎo)線在孔內(nèi)凸出，確保內(nèi)層導(dǎo)體與孔壁層得到可靠連接，大幅度提高多層板的可靠性。孔壁去樹脂鉆污的方法大致有四種，等離子、濃硫酸、鉻酸及高錳酸鉀去鉆污。高錳酸鉀去鉆污后，孔壁產(chǎn)生微小不平的樹脂表面，不像濃硫酸腐蝕樹脂產(chǎn)生光滑表面；也不像鉻酸易產(chǎn)生樹脂過腐蝕而使玻璃纖維凸出于孔壁，且不易產(chǎn)生粉紅圈。

所以目前廣泛采用高錳酸鉀氧化進(jìn)行去樹脂鉆污。高錳酸鉀是一種強(qiáng)氧化劑，在強(qiáng)酸性溶液中，與還原劑作用，被還原為Mn2+；在中性和弱堿性環(huán)境中，被還原為MnO2；在OH-濃度大于2mol/L ，被還原為MnO42-。高錳酸鉀在強(qiáng)酸性的環(huán)境中具有很強(qiáng)的氧化性，但在堿性條件下氧化有機(jī)物的反應(yīng)速度比在酸性條件下更快。在高溫堿性條件下，高錳酸鉀使環(huán)氧樹脂碳鏈氧化裂解，實現(xiàn)去除環(huán)氧樹脂鉆污的目標(biāo)。其反應(yīng)機(jī)理如下：4MnO4-+C —環(huán)氧樹脂+40H-= 4MnO42-+CO2↑+2H2O；

提高攪拌強(qiáng)度、振蕩頻率

提高攪拌強(qiáng)度、振蕩頻率，有利于提高孔內(nèi)藥水溶液往復(fù)流動，對消除孔內(nèi)氣泡、異物有明顯改善效果，并加強(qiáng)了孔內(nèi)外溶液之間的物質(zhì)交換，提高深鍍能力，防止孔內(nèi)鍍銅空洞的產(chǎn)生。金屬化厚徑比較大的孔（通孔≥12:1 、盲孔≥1:1 ）時，提高攪拌強(qiáng)度、振蕩頻率對消除孔內(nèi)氣泡、異物效果明顯下降。

此時，孔內(nèi)外部溶液之間的物質(zhì)交換主要依賴微觀離子擴(kuò)散作用進(jìn)行物質(zhì)交換，常出現(xiàn)孔內(nèi)鍍層薄、鍍銅空洞等缺陷。此時建議在溶脹、氧化、中和藥槽中添加超聲波振蕩，?有利于粉碎孔內(nèi)氣泡、異物，加強(qiáng)孔內(nèi)微觀離子交換速率，提高孔金屬化質(zhì)量。

活化

活化的作用是在絕緣基體上吸附一層非連續(xù)的重金屬顆粒，這些重金屬具有吸附還原劑的能力， 使經(jīng)過活化的基體表面具有催化還原金屬的能力，從而使化學(xué)鍍銅反應(yīng)在整個催化處理過的基體表面上順利進(jìn)行。從活化方法上區(qū)分，活化可分為兩種方式，一種是鰲合離子鈀活化法，另一種是一步膠體鈀活化法。目前廣泛采用的是膠體鈀活化法，與鰲合離子鈀活化法相比，活化過程中，在銅基體上不會形成鈀置換層，從根本上解決了化學(xué)鍍銅層與基體銅之間的結(jié)合力問題，并節(jié)約了大量的貴金屬鈀， 具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于膠體鈀活化性能非常好，消除了以往個別金屬化孔沉積不上銅的問題。

膠體鈀活化過程中，Sn2+和Pd2+在溶液中反應(yīng)形成不穩(wěn)定的絡(luò)合物[PdSn]2+，其自身發(fā)生歧化反應(yīng)生成Pd0 和Sn2+，其反應(yīng)機(jī)理為：Pd2++2Sn2+→(PdSn)2++ Sn4+ (PdSn)2+ →Pd0+Sn2+；以[Pb0]m 為膠核，活化時在孔內(nèi)首先吸附Sn2+ ，被吸附的二價錫再吸附Cl-，形成[nSn2+·2(nx)Cl-]2x+吸附層，成為膠體集團(tuán)。在吸附層外形成2xCl-為擴(kuò)散層，所以膠團(tuán)具有負(fù)電性，在水溶液中呈布朗運(yùn)動，而不會聚沉。

活化處理之后在水洗時由于SnCl2 水解形成堿式錫酸鹽沉淀：SnCl2+H2O→Sn(OH)Cl +HCl；在SnCl2 沉淀的同時，連同Pd0 核一起沉積在被活化的基體表面上。影響膠體鈀活化性能的因素主要包括Sn2+/Pd2+離子濃度比值、反應(yīng)時間、溶液溫度、PH 值三個方面。

Sn2+/Pd2+離子濃度比值是影響活化液活性、穩(wěn)定性的直接因素，由活化機(jī)理可以看出Sn2+/Pd2+ 離子濃度比為2:1 時活化液活性、穩(wěn)定性最佳；PH 過高，導(dǎo)致活化劑消耗量增加；PH 過低，易引起膠體鈀吸附量減少，導(dǎo)致電鍍空洞；溶液儲存溫度過高(高于50℃)時，容易引起溶液分解。

層壓工序

層壓工序?qū)Χ鄬佑≈瓢宓目捉饘倩|(zhì)量的影響主要包含以下兩個方面：

(1) 層壓材料的固化應(yīng)完全：在內(nèi)層板下料后進(jìn)行預(yù)烘處理，層壓后進(jìn)行后烘固化處理，烤料溫度控制在層壓材料Tg 值附近，烤料時間2～4 小時，有利于層壓材料的完全固化。

(2) 粉紅圈現(xiàn)象，提高壓合前棕化處理能力，可以有效減少粉紅圈現(xiàn)象。

電鍍工序

目前，電鍍工序中常出現(xiàn)的問題包括高厚徑比孔內(nèi)外物質(zhì)交換困難及電鍍的均勻性、分散性能差。

(1) 降低陰極電流密度和延長電鍍時間，提高電鍍均勻性；

(2) 提高攪拌強(qiáng)度、振蕩頻率，促進(jìn)電鍍液在小孔中的交換，從而提高鍍液的分散性能。

采用上述措施，對鍍層的均勻性和深鍍能力起到一定改善作用，避免孔壁鍍層薄甚至鍍層空洞的產(chǎn)生，提高金屬化孔質(zhì)量。






審核編輯：劉清