陳世金， 徐 緩， 鄧宏喜， 楊詩偉， 韓志偉

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州514768）

0 前言

近年來，隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，印制線路板不斷向輕薄短小、多功能化、高密度化和高可靠性的方向發(fā)展。由于印制線路板的布線空間有限，使得孔與孔、線與線和線與孔的設(shè)計(jì)距離逐漸逼近“極限化”，傳統(tǒng)的負(fù)片、酸蝕工藝已經(jīng)不能滿足線路的制作要求，催生了正片（或假正片）工藝。

通常所說的正片電鍍工藝就是在PTH（化學(xué)沉銅）后預(yù)電鍍一層薄的銅層，然后進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)移得到“正片”效果，再進(jìn)行圖形電鍍銅／錫、去抗蝕劑和蝕刻，最終得到所需的正像電路圖形［1］。假正片電鍍工藝則是在PTH后直接將銅層鍍至所需的厚度，但又不采用“負(fù)片”效果和酸蝕工藝，而是仍然進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)移得到“正片”效果，只是在圖形電鍍中僅鍍錫，后面的制作與正片電鍍工藝的完全相同。

1 工藝流程

為了讓大家對(duì)正片電鍍工藝和假正片電鍍工藝有一個(gè)更加清楚的了解，下面分別對(duì)這兩種工藝的流程進(jìn)行介紹。

在工藝流程上兩者存在一定的區(qū)別。假正片工藝流程由于其特殊性，在制作過程中有與正片工藝流程不同的控制點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)不同的品質(zhì)異常。

2 問題分類

2.1 前制程

2.1.1 鉆孔不良

高端高密度互連板的制作流程較長，需要經(jīng)過幾十道工序才能完成，每一道工序的控制都相當(dāng)重要，稍有不當(dāng)就有可能造成板子出現(xiàn)品質(zhì)隱患或報(bào)廢。假正片板子的制作也不例外，在鉆孔時(shí)由于板材特性和鉆孔參數(shù)的影響，會(huì)造成各種各樣的缺陷，如堵孔、孔損、孔粗等。在后面的制程處理中一般很難將這些缺陷完全“彌補(bǔ)”掉，這樣會(huì)影響鍍錫時(shí)藥液的交換，甚至是直接阻斷藥水的流通，出現(xiàn)孔內(nèi)無銅的問題，如圖1所示。

圖1 鉆孔不良引起的孔內(nèi)無銅

這類異常的改善主要是從板材、鉆孔參數(shù)和生產(chǎn)操作等方面入手，如板材的性能評(píng)估、鉆孔參數(shù)的設(shè)定、生產(chǎn)疊板的塊數(shù)和鉆咀壽命控制等。

2.1.2 顯影不良

假正片板子在進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移的過程中，需要經(jīng)過顯影液的處理才能得到所需的圖像。在顯影過程中由于顯影參數(shù)或設(shè)備問題，會(huì)造成顯影不凈、膠膜殘留或堵孔等。這些異常也會(huì)使板子在電鍍錫的過程中出現(xiàn)阻鍍現(xiàn)象，即鍍不上錫。在經(jīng)過退膜和蝕刻后阻鍍部分的銅層就會(huì)被蝕刻掉，引起孔內(nèi)無銅，如圖2所示。

圖2 顯影不良引起的孔內(nèi)無銅

為證實(shí)孔內(nèi)阻鍍部分有膠膜或殘膠存在，做了EDS分析。結(jié)果表明：此處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)12%，說明有大量有機(jī)物，證明了油墨、干膜等殘留。由于電鍍過程中的強(qiáng)酸會(huì)和顯影物質(zhì)（碳酸鈉）發(fā)生反應(yīng)，故排除了碳酸鈉的存在。根據(jù)產(chǎn)生原因，主要從抗鍍物質(zhì)、顯影參數(shù)和設(shè)備維護(hù)等方面進(jìn)行改善，如采用油墨作為抗鍍層時(shí)要注意烤板參數(shù)、顯影參數(shù)的設(shè)定等，還要注意孔太小的板子也不宜選擇油墨作為抗鍍層。

2.1.3 樹脂塞孔不良

由此原因引起的孔內(nèi)無銅問題是最常見的。由于大多數(shù)板子走假正片工藝流程時(shí)都是選擇樹脂塞孔的，所以對(duì)樹脂塞孔過程的控制會(huì)影響假正片電鍍的效果。其實(shí)，樹脂塞孔不良控制的一個(gè)重要方面就是塞孔飽滿度。如果所需要塞樹脂的通孔沒有被完全塞滿，就會(huì)形成一個(gè)或兩個(gè)“盲孔”?！懊た住陛^深時(shí)，就有可能超出鍍錫的深鍍能力，造成“盲孔”鍍不上錫或錫層很薄，在蝕刻的時(shí)候會(huì)將此處的銅層蝕刻掉，如圖3所示。

圖3 樹脂塞孔不良引起的孔內(nèi)無銅

針對(duì)由此類異常引起的孔內(nèi)無銅問題，從樹脂塞孔制程的參數(shù)、操作等方面改進(jìn)，如塞孔時(shí)的壓力、刮刀角度、調(diào)油攪拌等。樹脂磨板時(shí)也要注意不能將壓力設(shè)定過大，以免引起孔口銅損或偏薄，造成電鍍錫時(shí)的導(dǎo)通性障礙。

2.2 鍍錫制程

2.2.1 深鍍能力不足

由于設(shè)備特點(diǎn)和鍍錫添加劑等決定了鍍錫的深鍍能力和均勻性，一旦板子設(shè)計(jì)得較厚、孔徑較小時(shí)，有可能其深鍍能力無法滿足要求而造成孔內(nèi)無銅。有盲孔的高密度互連板對(duì)鍍錫的深鍍能力要求更高，生產(chǎn)前必須對(duì)其深鍍能力進(jìn)行測試和評(píng)估。通常情況下，鍍錫的深鍍能力是比較高的，個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)通孔或盲孔的縱橫比過大而引起孔內(nèi)無銅問題，如圖4所示。

圖4 深鍍能力不足引起的孔內(nèi)無銅

電鍍的深鍍能力一般是在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)就已經(jīng)確定了，添加劑也會(huì)起到一定的促進(jìn)作用，因此，改善鍍錫的深鍍能力需要從設(shè)備改造、添加劑的選擇和工藝維護(hù)等方面進(jìn)行。

2.2.2 參數(shù)控制不合理

本文所說的參數(shù)包括鍍錫時(shí)的電流參數(shù)、藥液及周邊設(shè)備等幾個(gè)方面。一般來說，為保證盲孔底部的鍍錫效果，對(duì)于有盲孔的板通常采用“小電流、長時(shí)間”方式進(jìn)行。如果鍍錫的電流密度過低或時(shí)間太短也是不行的，會(huì)引起鍍錫層偏薄或致密性不良等異常，不能起到很好的抗蝕效果，從而造成孔內(nèi)無銅，如圖5所示。

圖5 鍍錫偏薄引起的孔內(nèi)無銅

在電鍍錫的過程中，周邊設(shè)備對(duì)鍍錫的效果產(chǎn)生較大的影響，如循環(huán)、搖擺、振動(dòng)等對(duì)加強(qiáng)藥水交換、趕走孔內(nèi)氣泡等有很大的幫助。如果這些周邊設(shè)備異?；蜻_(dá)不到所需要的效果，就會(huì)影響鍍錫的效果，甚至?xí)斐煽變?nèi)無銅。對(duì)于孔徑較小的孔內(nèi)氣泡，如果周邊設(shè)備運(yùn)作不正常是很難保證將其全部趕走的。氣泡在孔中間形成對(duì)稱性阻鍍層，使藥水無法通過或不能順暢交換，造成該孔的中間鍍錫層偏薄或鍍不上錫，如圖6所示。

圖6 孔內(nèi)氣泡引起的孔內(nèi)無銅

2.2.3 操作及維護(hù)

在電鍍錫的過程中，操作員的操作方法、對(duì)異常情況的處理等不正確，也會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)無銅問題的出現(xiàn)［2］。另外，對(duì)于鍍錫后水洗的流量控制也是要引起重視的。由于鍍錫層在酸性較強(qiáng)的條件下會(huì)出現(xiàn)溶錫問題，因此，在鍍錫后對(duì)水洗的流量、pH值都要加以控制，一般要求二級(jí)水洗的pH≥5。

由于鍍錫液的穩(wěn)定性較差，主要是Sn2＋容易被氧化和水解，鍍液變得渾濁。與此同時(shí)，Sn2＋的質(zhì)量濃度下降會(huì)導(dǎo)致鍍層質(zhì)量下降和SnSO4的浪費(fèi)［3］。因此，要最大限度地防止Sn2＋水解，定期做好工藝維護(hù)，同時(shí)要保證鍍錫液中硫酸的質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定。有關(guān)酸性鍍錫體系的渾濁和穩(wěn)定性控制等問題在文獻(xiàn)［4-5］中已有報(bào)道，在此不做贅述。

2.3 其他

由于鍍錫后的板子會(huì)有大量的水和少量的酸液殘留在板面或孔內(nèi)，在停放時(shí)間過久或環(huán)境較為惡劣（如酸性大、濕度大等）的情況下，會(huì)出現(xiàn)錫層溶錫或氧化等問題。因此，一般要求在完成鍍錫后的4h內(nèi)做完蝕刻，特殊類型（如電鍍錫后需要鑼半槽的板）也要盡量控制在8h內(nèi)完成蝕刻。

需要進(jìn)行其他制程（如鑼半槽或二次鉆孔等）的板，除了在時(shí)間上進(jìn)行控制外，還要對(duì)這些制程的操作進(jìn)行嚴(yán)格控制。由于錫層主要起抗蝕作用，其厚度只有7μm左右，如果操作時(shí)損傷錫面，錫層在蝕刻時(shí)就起不到很好的保護(hù)作用，造成蝕刻藥液沿錫面縫隙進(jìn)入銅層，從而傷及銅層，嚴(yán)重時(shí)銅層會(huì)被蝕刻掉。

3 結(jié)語

隨著印制電路板技術(shù)的飛速發(fā)展，輕薄化、精細(xì)化的趨勢日益明顯，假正片電鍍工藝中出現(xiàn)孔內(nèi)無銅的原因逐漸增多。改善此類問題需要從掌握其工藝核心技術(shù)和工藝原理入手，從失效產(chǎn)生的機(jī)制進(jìn)行分析、試驗(yàn)和證實(shí)。同時(shí)，需要落實(shí)改善措施并監(jiān)督執(zhí)行情況，不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能對(duì)孔內(nèi)無銅問題進(jìn)行有效的控制。

［1］張懷武，何為，林金堵.現(xiàn)代印制電路原理與工藝［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：55-80.

［2］陳世榮.印刷電路板孔內(nèi)無銅產(chǎn)生原因的研究［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，19（4）：86-89.

［3］孟躍輝.酸性鍍錫鍍液穩(wěn)定性及鍍層可焊性等性能研究［D］.北京：北京有色金屬研究總院，2006.

［4］黃思玉.錫鈰合金電鍍工藝的改進(jìn)［J］.電鍍與涂飾，1999，18（2）：70-71.

［5］陳華茂，吳華強(qiáng).一種多功能鍍錫添加劑鍍液性能的研究［J］.安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，24（3）：269-270.