影响PCB电镀填孔工艺的几个基本因素

中信华

    全球电镀PCB产业产值占电子元件产业总产值的比例迅速增长，是电子元件细分产业中比重最大的产业，占有独特地位，电镀PCB的每年产值为600亿美元。电子产品的体积日趋轻薄短小，通盲孔上直接叠孔是获得高密度互连的设计方法。要做好叠孔，首先应将孔底平坦性做好。典型的平坦孔面的制作方法有好几种，电镀填孔工艺就是其中具有代表性的一种。

    电镀填孔工艺除了可以减少额外制程开发的必要性，也与现行的工艺设备兼容，有利于获得良好的可靠性。

    电镀填孔有以下几方面的优点：

    (1)有利于设计叠孔(Stacked)和盘上孔(Via．on．Pad)；

    (2)改善电气性能，有助于高频设计；

    (3)有助于散热；

    (4)塞孔和电气互连一步完成；

    (5)盲孔内用电镀铜填满，可靠性更高，导电性能比导电胶更好。

    物理影响参数

    需要研究的物理参数有：阳极类型、阴阳极间距、电流密度、搅动、温度、整流器和波形等。

    (1)阳极类型。谈到阳极类型，不外乎是可溶性阳极与不溶性阳极。可溶性阳极通常是含磷铜球，容易产生阳极泥，污染镀液，影响镀液性能。不溶性阳极，亦称惰性阳极，一般是涂覆有钽和锆混合氧化物的钛网来组成。不溶性阳极，稳定性好，无需进行阳极维护，无阳极泥产生，脉冲或直流电镀均适用；不过，添加剂消耗量较大。

    (2)阴阳极间距。电镀填孔工艺中阴极与阳极之间的间距设计是非常重要的，而且不同类型的设备的设计也不尽相同。不过，需要指出的是，不论如何设计，都不应违背法拉第一定律。

    (3)搅拌。搅拌的种类很多，有机械摇摆、电震动、气震动、空气搅拌、射流(Eductor)等。

    对于电镀填孔，一般都倾向于在传统铜缸的配置基础，增加射流设计。不过，究竟是底部喷流还是侧面射流，在缸内喷流管与空气搅拌管如何布局；每小时的射流量为多少；射流管与阴极间距多少；如果是采用侧面射流，则射流是在阳极前面还是后面；如果是采用底部射流，是否会造成搅拌不均匀，镀液搅拌上弱下强；射流管上射流的数量、间距、角度都是在铜缸设计时不得不考虑的因素，而且还要进行大量的试验。

    另外，最理想的方式就是每根射流管都接入流量计，从而达到监控流量的目的。由于射流量大，溶液容易发热，所以温度控制也很重要。

    (4)电流密度与温度。低电流密度和低温可以降低表面铜的沉积速率，同时提供足够的Cu2和光亮剂到孔内。在这种条件下，填孔能力得以加强，但同时也降低了电镀效率。

    (5)整流器。整流器是电镀工艺中的一个重要环节。目前，对于电镀填孔的研究多局限于全板电镀，若是考虑到图形电镀填孔，则阴极面积将变得很小。此时，对于整流器的输出精度提出了很高的要求。

    整流器的输出精度的选择应依产品的线条和过孔的尺寸来定。线条愈细、孔愈小，对整流器的精度要求应更高。通常应选择输出精度在5％以内的整流器为宜。选择的整流器精度过高会增加设备的投资。整流器的输出电缆配线，首先应将整流器尽量安放在镀槽边上，这样可以减少输出电缆的长度，减少脉冲电流上升时间。整流器输出电缆线规格的选择应满足在80％最大输出电流时输出电缆的线路压降在0．6V以内。通常是按2．5A／mm：的载流量来计算所需的电缆截面积。电缆的截面积过小或电缆长度过长、线路压降太大，会导致输电流达不到生产所需的电流值。

    对于槽宽大于1．6m的镀槽，应考虑采用双边进电的方式，并且双边电缆的长度应相等。这样，才能保证双边电流误差控制在一定范围内。镀槽的每根飞巴的两面应各连接一台整流器，这样可以对件的两个面的电流分别予以调整。

    (6)波形。目前，从波形角度来看，电镀填孔有脉冲电镀和直流电镀两种。这两种电镀填孔方式都已有人研究过。直流电镀填孔采用传统的整流器，操作方便，但是若在制板较厚，就无能为力了。脉冲电镀填孔采用PPR整流器，操作步骤多，但对于较厚的在制板的加工能力强。

    基板的影响

    基板对电镀填孔的影响也是不可忽视的，一般有介质层材料、孔形、厚径比、化学铜镀层等因素。

    (1)介质层材料。介质层材料对填孔有影响。与玻纤增强材料相比，非玻璃增强材料更容易填孔。值得注意的是，孔内玻纤突出物对化学铜有不利的影响。在这种情况下，电镀填孔的难点在于提高化学镀层种子层(seedlayer)的附着力，而非填孔工艺本身。

    事实上，在玻纤增强基板上电镀填孔已经应用于实际生产中。

    (2)厚径比。目前针对不同形状，不同尺寸孔的填孔技术，不论是制造商还是开发商都对其非常重视。填孔能力受孔厚径比的影响很大。相对来讲，DC系统在商业上应用更多。在生产中，孔的尺寸范围将更窄，一般直径80pm～120Bm，孔深40Bm~8OBm，厚径比不超过1：1。

    (3)化学镀铜层。化学铜镀层的厚度、均匀性及化学镀铜后的放置时间都影响填孔性能。化学铜过薄或厚度不均，其填孔效果较差。通常，建议化学铜厚度>0．3pm时进行填孔。另外，化学铜的氧化对填孔效果也有负面影响。

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