肖正峰（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

龍門(mén)線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行填孔電鍍工藝的應(yīng)用

Paper Code: S-142

肖正峰
（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

為了滿(mǎn)足PCB的高密度互聯(lián)，誕生了填孔電鍍工藝。但是VCP生產(chǎn)線(xiàn)及不溶性陽(yáng)極生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)備成本巨大，為了降低設(shè)備成本的投入，嘗試了利用現(xiàn)有龍門(mén)線(xiàn)設(shè)備、普通的可溶性陽(yáng)極、D公司填孔藥水進(jìn)行填孔電鍍工藝的可行性驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)各種方案的實(shí)踐，最終確定了此工藝的流程及加工參數(shù)。最終產(chǎn)品完全可以滿(mǎn)足盲孔對(duì)微凹的要求、通孔的鍍銅厚度要求、各種可靠性要求，并已啟用該設(shè)備進(jìn)行填孔生產(chǎn)板的批量加工。

填孔電鍍；龍門(mén)線(xiàn)；成本；流程；加工參數(shù)

1 前言

隨著電子產(chǎn)品朝高集成度方向發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)高密度互聯(lián)（HDI），采用將盲孔用電鍍銅填平的方法進(jìn)行層間的導(dǎo)通。電鍍填孔技術(shù)具有高散熱性、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用[1][2]。

盲孔的填充的本質(zhì)是鍍銅在盲孔底部的電沉積速率大于盲孔表面的電沉積速率[3]，其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程主要是利用光亮劑的作用完成，填孔光亮劑分為光亮劑、整平劑、抑制劑，光亮劑為含硫有機(jī)物，吸附在低電位區(qū)（孔底），加速銅離子的還原，整平劑為含N有機(jī)物，吸附在高電流區(qū)域（孔口、拐角）降低電鍍速度，抑制劑為聚醇類(lèi)化合物，與氯離子一起抑制電鍍速度，降低高低電位區(qū)的差距，三種組分共同作用最終將盲孔填平，本文使用D公司的填孔光亮劑。

表1 填孔槽液的組成及工序流程

表2 不同填孔設(shè)備對(duì)比

表3 填孔使用陽(yáng)極的對(duì)比

綜合以上對(duì)比，龍門(mén)線(xiàn)配合可溶性陽(yáng)極進(jìn)行填孔電鍍加工的成本優(yōu)勢(shì)非常明顯，因此利用佳輝圖形電鍍使用的龍門(mén)線(xiàn)，進(jìn)行填孔與通孔同時(shí)加工的工藝可行性驗(yàn)證，目前已驗(yàn)證合格，并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，希望我們的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚪oPCB行業(yè)的龍門(mén)線(xiàn)填孔工藝提供參考。

2 前期工作

2.1 生產(chǎn)線(xiàn)COV調(diào)整

通過(guò)調(diào)整液位、陽(yáng)極擋板位置、陽(yáng)極排布等、搖擺頻率等，最終將COV控制在10%以?xún)?nèi)。均值26.5μm，COV8.5%。

2.2 試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)

表4 試驗(yàn)板設(shè)計(jì)

3 試驗(yàn)部分

3.1 填孔工藝流程試驗(yàn)方案

表5 流程試驗(yàn)方案

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

表6 流程試驗(yàn)結(jié)果

小結(jié)：

前兩種方案加工后的dimple過(guò)大。

分析方案1原因?yàn)榛冦~導(dǎo)電性不良，且易氧化，填孔初期光亮劑的吸附不理想，加速劑吸附較少，導(dǎo)致起鍍過(guò)慢，無(wú)法填平。

分析方案2為填孔前處理的微蝕效果不良，盲孔的微蝕效果欠佳，影響了光亮劑吸附，起鍍過(guò)慢，無(wú)法填平。

分析方案3經(jīng)過(guò)粗化處理，由于有上下噴淋，能夠較好的對(duì)盲孔內(nèi)進(jìn)行微蝕，增加盲孔內(nèi)鍍銅的新鮮度，有利于填孔光亮劑的吸附，保證了填孔效果。

因此，填孔電鍍工藝流程設(shè)定如下：

……鉆孔→激光鉆孔→化鍍→閃鍍銅→外層粗化→填孔電鍍……

3.2 填孔的加工參數(shù)確認(rèn)3.2.1 試驗(yàn)方案

之前已經(jīng)確定了填孔電鍍的工藝流程，現(xiàn)對(duì)填孔參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，尋找同時(shí)滿(mǎn)足填孔dimple和通孔鍍銅厚度的最佳參數(shù)。

表7 加工參數(shù)試驗(yàn)方案

3.2.2 檢測(cè)方法

盲孔檢測(cè)：每個(gè)方案每種孔徑測(cè)試12個(gè)切片，取樣位置分布在整板，每個(gè)切片激光孔數(shù)量20個(gè)，每種激光孔為240個(gè)，L1和L4面分別統(tǒng)計(jì)，盲孔的dimple使用金相顯微鏡拍照測(cè)量，填孔狀況在金相顯微鏡下觀(guān)察，dimple和填孔狀況均取最差數(shù)據(jù)作為切片的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理。

通孔檢測(cè)：每種方案每種孔徑切取5個(gè)，分布在四周及板中心位置，每個(gè)切片通孔數(shù)量10個(gè)，取最差數(shù)據(jù)作為每個(gè)切片的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）填孔dimple結(jié)果。

小結(jié)：所有方案所有孔徑盲孔dimple≤20μm，合格，其中方案2、3dimple相對(duì)較好。

以上可見(jiàn)dimpl最佳孔徑范圍為90 μm ～ 100 μm。其原因?yàn)檩^小的孔徑會(huì)影響槽液的交換，導(dǎo)致填孔速度減慢，影響填平效果，而較大的孔徑，則影響了光亮劑的分布，減少了孔底和孔口的電勢(shì)差，影響了加速劑的吸附，同樣減慢了填孔速度，影響填平效果 。

實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可根據(jù)盲孔的孔徑，選擇適當(dāng)?shù)碾婂儏?shù)。

（2）盲孔填充效果（以孔內(nèi)氣泡數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)）。

表8 盲孔填充結(jié)果統(tǒng)計(jì)

小結(jié)：90μm以上盲孔無(wú)空洞問(wèn)題，75μm盲孔有空洞問(wèn)題，原因分析為個(gè)別小孔的微蝕效果不良，影響了孔底加速劑的吸附，導(dǎo)致孔口的沉積速度超過(guò)孔底沉積速度形成空洞。

（3）通孔深鍍能力。

表9 通孔深鍍能力/孔壁最小銅厚（μm）

小結(jié)：四種方案深鍍能力均達(dá)到70%以上，四個(gè)方案的深鍍能力逐漸下降，這是高銅低酸體系所導(dǎo)致，小電流通孔的深鍍能力較好，但是鍍銅時(shí)間較長(zhǎng)，影響產(chǎn)能，生產(chǎn)時(shí)需要綜合考慮。

3.3 性能測(cè)試

3.3.1 測(cè)試項(xiàng)目

?

3.3.2 測(cè)試結(jié)果

圖1 REFLOW測(cè)試結(jié)果

圖2 冷熱循環(huán)測(cè)試結(jié)果

表10 熱沖擊測(cè)試結(jié)果

小結(jié)：RFLOW測(cè)試、冷熱沖擊測(cè)試、熱應(yīng)力測(cè)試結(jié)果均合格。

4 總結(jié)

（1）經(jīng)過(guò)調(diào)整，將生產(chǎn)線(xiàn)鍍銅COV調(diào)整至10%以?xún)?nèi)，這樣可以保證后序DES加工的均勻性。

（2）填孔電鍍工藝流程：……鉆孔→激光鉆孔→化鍍→閃鍍銅→外層粗化→填孔電鍍……

關(guān)鍵控制點(diǎn)：閃鍍銅鍍銅厚度控制在5～10μm；粗化微蝕量控制在0.4-～1.0μm。

（3）dimple 、盲孔填孔狀況、RFLOW測(cè)試、冷熱循環(huán)測(cè)試、熱應(yīng)力測(cè)試均合格，性能滿(mǎn)足要求。（4）綜合考慮，填孔1.2～1.5 A/dm2參數(shù)最合適，鍍銅時(shí)間取決與盲孔孔徑及通孔鍍銅要求。

綜上，使用龍門(mén)線(xiàn)進(jìn)行填孔電鍍工藝是可行的，可同時(shí)進(jìn)行盲孔填孔及通孔鍍銅。

[1]張曦,楊之誠(chéng),孔令文等. 填孔電鍍光亮劑研究進(jìn)展[J]. 印制電路信息,2010,9∶21-23.

[2]王洪,楊宏強(qiáng). 微孔電鍍填孔技術(shù)在IC載板中的應(yīng)用[J]. 印制電路信息,2005,2∶32-36.

[3]崔正丹,謝添華,李志東. 不同電鍍參數(shù)組合對(duì)電鍍填孔效果影響研究[J]. 印制電路信息,2011,4∶80-84.

肖正峰，濕法工藝工程師。

Application of hole filling plating process of vertical line equipment

XIAO Zheng-feng

In order to meet the high density interconnection need, the via-filling plating process was born. But VCP production line and insoluble anode equipment are very expensive. In order to decrease equipment cost, we tried to use existing vertical line equipment, common soluble anode and Dcompany via-filling liquid to validate feasibility of via-filling plating process. Through experiment of various kinds of plan, we finally fixed the process flow and machining parameter. The terminal product could completely fill the blind via’s dimple requirement, the via’s copper thickness requirement and other stability requirement. And this equipment has been put into mass production for via filling PCB.

Via-Filling Plating; Vertical Line; Cost; Process; Machining Parameter

TN41

：A

：1009-0096（2015）03-0128-05