化铜镀通孔空泛的缘由辨认及生产技术主张

    通孔中导电层空泛因不相同缘由致使，体现出不相同特征但有一点是一同的，即孔中导电层的金属掩盖不充沛或没有金属掩盖。从理论上讲， 该疑问高温纤维，，由两种状况致使：堆积的金属缺乏，或在充沛充足的金属堆积后，又因某种缘由，失掉有些金属。不充沛的金属堆积也许是因为电镀参数不妥致使，如槽液的 化学构成，阴极移动，电流，电流密度散布，或电镀时刻等等。这也也许是因为孔壁外表有异物阻止金属堆积构成，如气泡，灰尘，棉质莫来石纤维纤维或有机膜，粘污等。若 孔壁外表未经恰当处理，不利于镀液堆积，也有也许致使金属堆积欠好，例如：钻孔粗糙，构成裂纹，或有“粉红圈”。从通孔中将铜“吃掉”有也许是化学要素， 如蚀刻构成，也也许是组织缘由，如胀孔（blow-holing)，裂纹或堆积层掉落。

    这篇文章依照导通孔金属化工艺进程次序研讨在何处也许呈现疑问，并致使孔中空泛的进程来剖析这些缺点和缘由。并借鉴经典的疑问剖析处理的有用要素，如辨认空泛形状，方位等，并指出更正疑问的方法。

    一、金属化曾经进程也许致使孔中空泛的要素

    1.钻孔

    磨损的钻头或其它不恰当钻孔参数都也许撕裂铜箔与介电层，构成裂缝。玻璃纤维也也许是被撕裂而非切断。铜箔是不是会从树脂上撕裂，不 仅仅取决于钻孔的质量，也取决于铜箔与树脂的粘结强度。典型的比如是：多层板中氧化层与半固化片的联系通常较介电基材与铜箔的联系力更弱，故大都撕裂都发 生在多层板氧化层外表。在金板中，撕裂都发作在铜箔较为润滑的一面，除非选用”反转处理的铜箔“(revers treated foil)。氧化面与半固化片不结实联系，还也许致使更糟的“粉红圈”，即铜的氧化层在酸中溶解。钻孔孔壁粗糙或孔壁粗糙且有粉红圈都会致使多层联系处的 空泛，称之为楔形空泛（wedge woids)或吹气孔(blow holes)，"楔形空泛”开始处于联系交界面，它的称号也暗示：形状如“楔”，回缩构成空泛，通常能够被电镀层掩盖。若铜层掩盖这些沟，铜层后边常常会 有水分，在今后的工序中，如热风整对等高温处理，水分（湿气）蒸发和楔形空泛通常一同呈现。依据呈现的方位与形状，很简略承认并与其它类型的空泛区分开。

    2.去沾污/凹蚀

    去沾污进程是用化学方法去掉内层铜上的树脂腻污。这种腻污开始是由钻孔构成的。凹蚀是去沾污的进一步深化，即将去掉更多的树脂，使 铜从树脂中“突出”，与镀铜层构成“三点联系”或“三面联系”，进步互联可靠性。高锰酸盐用于氧化树脂，并“蚀刻”之。首要需求将树脂溶胀，以便于高锰酸 盐处理，中和进程能够去掉锰酸盐残渣，玻璃纤维蚀刻选用不相同的化学方法，通常是氢氟酸。若去沾污不妥，可构成两种类型的空泛：在孔壁粗糙的树脂粘污也许藏 有液体，可致使“吹气孔”。在内层铜上残留的粘污会防碍铜/镀铜层的杰出联系，致使“孔壁拉脱”（hole wall pullaway)等，如在高温处理中，或有关的测验中，镀铜层与孔壁别离。树脂别离也许致使孔壁拉脱和裂纹以及镀铜层上的空泛。若在中和进程中（精确讲 5，当是复原反响中）锰酸钾盐残渣未彻底去掉，也也许致使空泛，复原反响常常用到复原剂，如肼或羟胺等。

    3.化学沉铜前的催化进程

    去沾污/凹蚀/化学沉铜之间的不匹配和各独立进程不行优化，也是值得思考的疑问。那些研讨过孔中空泛的人员都极力赞同化学处理的一致的整体性。传统的沉铜前处理顺 序为清洗，调整，活化（催化〕，加快（后活化〕，并进入清（淋）洗，预浸，彻底适于Murpiy原理。例如，调整剂，一种阳离子聚酯电解质用于中和玻璃纤 维上的负电荷，通常须准确运用才干得到所需的正电荷：调整剂太少，活化层及附着欠好；调整剂太多，会构成一层膜致使沉铜附着欠好；致使孔壁拉脱。调整剂覆 盖不充沛，最简略在玻璃头上呈现。在金相中，空泛开口表如今玻璃纤维处铜掩盖欠好，或没有铜。其它致使在玻璃处呈现空泛的缘由有：玻璃蚀刻不充沛，树脂蚀 刻过火，玻璃蚀刻过火，催化不充沛，或沉铜槽活性欠好。其他影响Pd活化层在孔壁上掩盖的要素有：活化温度，活化时刻，浓度等。若空泛在树脂上，也许有以 下缘由：去沾污进程的锰酸盐残渣，等离子体残留物，调整或活化不充沛，沉铜槽活性不高。

    二、与化学沉铜有关的孔中空泛

    在查看孔中空泛时，总看化学槽液是不是有疑问，相同再看看，化学沉铜前处理槽液，还要掩盖到化学铜，电镀铜，铅/锡槽一同疑问。总的来讲，咱们能够了解气泡，固态物（尘，棉）或有机物粘污，干膜也许阻止镀液或活化液沉 积。气泡褒入，有外来的和内涵发作的气泡。外来气泡有时也许是板子进入槽中，或振荡摇晃时进入通孔中。而固有气泡是由化学沉铜液中附反响发作氢气致使，或 电镀液中阴极发作氢气或阳极发作氧气。气泡致使的空泛有其特征：常常坐落孔中心，并且在金相中对称散布，即对面孔壁有相同宽度范围内无铜。在孔壁外表镀上 若有气泡，体现为小坑，空泛周围呈穗状。由尘土，棉质品或油状膜致使的空泛，形状极不规矩。有些防碍电镀或活化堆积的微粒还会被镀层金属包裹。非有机微粒 可用EDX剖分出，有机物可用FTIR查看。

    有关避免气泡裹入的研讨已有恰当的深度。其中有很多影响要素：阴极移动摇晃起伏，板间间隔，振荡摇摆等。最有效的避免气泡进入孔中 的方法为振荡和磕碰。增加板面间隔，增加阴极移动间隔也十分重要，化学沉铜槽中空气拌和和活化槽碰击或振荡简直没有用。别的，增加化学沉铜湿润性，前处理 潮位避免气泡也十分重要。镀液的外表能量于氢气气泡在跑出孔中或幻灭前的尺度有关，显然期望气泡在变大前扫除于孔外，以免阻止溶液交流。

    三、干膜有关的孔中空泛

    1.特征描述

    孔口或孔边空泛（Rim voids)，即空泛坐落离板面较近的方位，它常常由坐落孔中的抗蚀剂致使，大概50－70微米宽离板面50－70微米，边际空泛也许坐落板一面或双面， 也许构成彻底或有些开路。而由化学铜，电镀铜，镀铅/锡致使的空泛多坐落孔中心。桶形裂纹（Barrelc racks）构成的空泛，也与干膜构成的空泛物理特征不相同。

    2.缺点机理

    孔口或孔边空泛是因为抗蚀剂进入孔内，显影时未去掉，它阻止铜，锡，焊料电镀，抗蚀剂在去膜时去掉，化学铜被蚀刻掉。通常显影后很 难发现孔内的抗蚀剂，空泛地点的方位和缺点宽度是判别孔口和孔边空泛的主要依据。抗蚀剂为何流入孔中？被抗蚀剂掩盖的孔中气压比大气压低20％，贴膜时孔 中空气热，空气冷到室温时气压下降。

气压致使抗蚀剂慢慢流入孔中，直至显影。

    主要有三种要素致使抗蚀剂活动的速度深度，即：

    ①贴膜前孔里有水或水汽。

    ②高厚径比小孔，以0.5mm孔为例。

    ③贴膜与显影时刻太长。

    水汽停在孔中的主要缘由，水分能够下降抗蚀剂粘度，使其较快流入孔中。高厚径比小孔较易发作空泛疑问，这是因为这种孔较难枯燥。小孔中的抗蚀也较难显影。显影前时刻较长也使更多的抗蚀剂流入孔中。外表处理与主动贴膜连线，更易发作疑问。

    3.避免孔口或孔边空泛

    避免孔口或孔边空泛最好及简略的方法是在外表处理后增加烘干的程度。孔若枯燥，不会发作孔口或孔边空泛。再长的放置时刻和显影欠安 也不会构成孔口或孔边空泛。增加烘干后，尽也许使贴膜与显影间的放置时刻短，但要思考安稳疑问，若发作以下状况，孔口或孔边空泛也许会发作（曾经没有）：

    ①新的外表处理设备及枯燥设备装置后。

    ②外表处理设备及枯燥段功能异常。

    ③生产高厚径比小孔板。

    ④抗蚀剂变化或换厚的干膜。

    ⑤真空贴膜机运用。

    最坏的也是罕见的景象是，抗蚀剂在孔中构成掩盖层。体现为掩膜层被推入孔中50－70微米深，因为掩膜会阻止溶液进入，在孔的一端体现为通常的边际空泛，空泛会延伸到大有些孔中，从孔的另一端起，镀层厚度越挨近孔中心越薄。

    很多印制板厂已转为直接电镀技术，它有时与贴膜机连线，若后段烘干不充沛，也许会发作孔口和孔边空泛。要使小孔充沛枯燥，烘干段需十分充沛。

    四、与掩孔有关的空泛

    掩孔技术中，假如掩膜欠好会构成蚀刻剂进入孔中，蚀刻去堆积的铜。掩膜的组织损害是动态发作的，而上下掩膜一同呈现空泛的状况较 少。相同，掩膜很单薄，构成孔内负压，终究致使掩孔缺点，这层掩膜又能够下降负压，对面的掩膜较易生计。一面的掩膜损坏，蚀刻剂进入孔中，靠破的掩膜一边 的铜首要被蚀刻掉。另一面，掩膜堵住了蚀刻剂的出口，蚀刻液交流太少，故空泛图形也是较对称的，体现为一端铜厚，另一端薄。依据掩膜损害的程度，状况也不 相同，极点状况下，所有的通孔铜都被蚀刻掉。

    五、直接电镀

    直接电镀，避免了传统的化学沉铜，但有三类预处理技术进程；如：钯基体技术，碳膜技术，有机导电膜技术。任何能影响催化物堆积的情 形，或者是沉高分子导电膜时，单体堆积和聚合物构成物堆积能构成空泛。大大都碳膜，石墨和钯膜技术都依赖于恰当的孔壁调整，用高分子电解质阳离子与富含相 反电荷的有机催化层。以到达较好的催化吸附性。天然，在化学沉铜中现已实习证实是极好的技术处理进程，如孔壁清洗，调整，催化堆积等都恰当地运用在直接电 镀技术中。当然，化学沉铜槽中格外的疑问，如氢气发作等，不会在此发作。

    在选用直接电镀技术时，若不按药水供货商所推荐的条件进行，常常会发作一些格外疑问。如，在碳膜技术中，通常不推荐在碳膜堆积后进 行板面冲洗，因为刷子会去掉孔边际的碳膜颗粒。这种状况下，电镀进程很难及时从铜外表进入孔中心，乃至，底子不行。若板子一面的孔口碳膜被刷掉，电镀还可 以从相对的一面进行。但电镀成果是逐步减弱，电镀铜有也许不能与另一面铜外表连通。成果体现与掩孔技术中掩膜决裂类似。若在碳膜或石墨技术中，催化堆积后 运用浮石粉喷发，相同会发作空泛。喷发出的浮石粉颗粒也许以很高速度进入孔中，冲走催化层颗粒。另一方面，石墨技术好像能够耐受浮石粉刷板处理。

    六、在电镀铜，电镀铅锡（成纯锡）有关的空泛

    1.发作气泡的内涵缘由

    幸运的是，酸性镀铜槽具有很高的电池功率（cell efficiency)，故在为何较好的槽中氢气发作是很小的疑问。需求避免的是很也许致使氢气生成的条件，如：高电流密度和整流器动摇致使短时刻的大电 流密度漂移。有些锡/铅槽或锡槽的功率较铜槽低氢气的发作就成了一重要的疑问。在避免氢气分制生成的一个风趣的发展是增加“防坑增加剂” （antipititting additives).这些有机合成物，如已内酰胺的衍生物，也许参与氧化复原反响，在构成氢气分子前夺走原子状况的氢，避免气泡发作。经复原的“防坑添 加剂”‘在阳极又从头氧化，转移到阴极，从头开始这一循环。

    2.发作气泡的外在缘由

    最显着的发作气泡的外在缘由是在板子浸入溶液前，填充在孔中的气泡。为了在板子浸入槽液前驱除孔中的空气，一些电镀夹具设计者已试 验让板子与夹具之间构成必定视点。浆状拌和器（paddle agitation)能够发作足够的压差，将气泡赶出孔中。用压缩空气通过喷雾器拌和液体(air sparging)使之穿过板面也有助于赶开气泡。当然，喷雾拌和本身也是一种气体，混入槽中，空气进入循环过滤泵发作一种过饱和液流，在集结方位会构成 气泡，在孔壁有缺点处相同构成气泡。一些制作者被这个疑问所困惑，进而转向于无空气拌和（溶液喷发）。

    除抗蚀剂残渣和气泡等阻止电镀外，其他构成电镀空泛的几个显着疑问有：穿透力及差以及异物阻塞。穿透差的槽液会构成中心无铜，但这 是十分极点的状况。通常是孔中心铜厚缺乏，不能到达允收规范。在酸性镀铜槽中，致使穿透力差有以下几个缘由：铜/酸份额不妥，槽液污染，有机增加剂偏少或 缺乏，电流散布差，遮挡效应或拌和等。若发现颗粒污染，则多是循环或过滤泵毛病，倒槽频率太低，阳极袋破损或阴极膜缺点构成。

    七、因为铜被蚀刻而构成的空泛

    若电镀的金属抗蚀剂有任何疑问，都会将通孔中的铜露出于蚀刻剂中，然后致使空泛。在这种状况下，空泛是因为铜被蚀刻掉而非未堆积上铜构成的。这可是有一点违反先后次序，在这里依然要着重铜被蚀刻掉，然后构成空泛的缘由。

    第一个也许构成铜丢失的也许条件是，若在化学沉铜时，孔中有残留的湿气，或在下一步操作前放置时刻太久，或腐蚀性 气氛，铜会被氧化，在酸性镀铜前的预浸进程中溶解。另一种也许是镀前的微蚀过度。其次，化学沉铜的铜也许掉落。若在化学沉铜后直接做金相或后经热冲击的样 片上均可看出。致使这类空泛的缘由有：化学沉铜槽构成不恰当，处理溶液夹藏，因为去沾污，催化，或加快剂调整不妥，化学铜附着力欠好。

    当在波峰焊，热风整平，或其它高温再流焊进程或模仿热应力测验时发作孔壁铜的残缺（裂纹，掉落〕，构成这类疑问的本源常常需追溯到孔壁预处理和开始的金属化进程。