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pcb多層板盲孔電鍍技術(shù)詳解

發(fā)布時間:2021-10-06 21:19:56

隨著電子產(chǎn)品向短、薄、輕、小和高性能方向發(fā)展,作為承載電子器件的PCB多層板布線密度和孔密度越來越高,致使其制造過程越來越復雜。為順應(yīng)PCB多層板制作需要,一方面企業(yè)不斷更新設(shè)備,另方面內(nèi)部節(jié)約挖潛,通過研究、引進新工藝以滿足工藝制造需要。研究表明:實現(xiàn)PCB多層板多層板高密度布線最有效的途徑之一是減少板上通孔數(shù)而增加盲孔數(shù),而盲孔電鍍填孔技術(shù)是成為實現(xiàn)層間互連的關(guān)鍵技術(shù),成為業(yè)界研究的重要課題之一。

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1 盲孔技術(shù)發(fā)展狀況及多階盲孔制作工藝流程[1,2]


    1990年日本IBM的Yasu工廠的PCB多層板部門推出SLC 技術(shù)后,盲孔技術(shù)迅速成為業(yè)界的關(guān)注點。后來,日本松下開發(fā)了ALIVH (Any Layer Inner Via Hole) 工藝,東芝開發(fā)了B2IT (Buried Bump interconnection technology) 工藝。Ibiden開發(fā)了FVSS (Free Via Stacked Up Structure) 工藝,North Print 開發(fā)了NMBI (Neo-Manhattan Bump Interconnection) 工藝。目前大多數(shù)PCB多層板廠家采用逐次層壓法制作多階盲孔,即在制作一階盲孔后再次層壓制作二階盲孔,以此類推制作多階盲孔。

 

采用盲孔實現(xiàn)層間互連的方式有多種(見下圖):

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圖(a)的情形制作比較方便,采用普通的逐次層壓法即可完成;而對圖(b)的情形,鉆孔和電鍍比較困難。對于此類疊孔情形,可采用圖(c)、(d)完成。圖(c)的樹脂/導電膠填孔法是先電鍍,之后填孔、磨刷,再進行孔面電鍍;但對于孔徑較小的盲孔,由于盲孔的一端是封閉的,樹脂/導電膠填孔法難以保證填孔時氣泡排除干凈,再加上不同物質(zhì)與銅面附著力以及膨脹系數(shù)不同的先天缺陷問題,導致可靠性下降。若采用圖(d)電鍍填孔法既可減少工藝流程,也能確保更高的可靠性和更優(yōu)良的電氣性能。因此電鍍填孔法是比較理想的多階盲孔制作方法。綜上,我們試驗的多階盲孔板工藝流程為:

 

  該工藝流程的典型特征為:可制作小孔徑的多階盲孔;電鍍填孔工藝使層間的連接可靠性更高。

 

2 盲孔電鍍填孔

 

  完成高厚徑比(厚徑比在0.7以上[3])的盲孔電鍍填孔,可從電鍍液組成、添加劑、上電模式、電鍍工藝參數(shù)和槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(攪拌方式、陽陰極距離、陽極的類型)等方面考慮[4,5,6,7]。一般情況,采用高銅低酸、整平劑、加速劑、抑制劑三種添加劑恰當配比、低電流密度、適當?shù)臄嚢璺绞娇梢赃_到較好的填孔效果。但隨著盲孔孔徑變小、厚徑比增大,盲孔孔壁的孔化電鍍將變得越來越困難,通過電鍍銅的方法來塞滿整個孔則難度更大。在此種情況下,采用普通的直流電鍍很難保證填孔效果,而采用脈沖電鍍設(shè)備則可以得到比較好的填孔效果,為此,研究中采用水平式脈沖電鍍線進行試驗。

 

2.1 盲孔電鍍填孔試驗

 

  試驗篩選了正反向電流比、脈沖周期、電鍍銅速度、化學銅速度等因素,經(jīng)過正交試驗設(shè)計,得到優(yōu)化的參數(shù)來對不同孔徑、不同介質(zhì)層材料的盲孔板進行電鍍填孔,電鍍藥水組成及含量見表。

各階段運行工藝參數(shù)如下:

去鉆污:P=1.5 m/min

化學鍍銅:LB=1.0 m/min

脈沖電鍍銅:Cu=1.5 m/min;ie=4 ASD;if=16 ASD;

t1/t2/t3/t4=42/2/20/2 ms

 

2.2 盲孔電鍍填孔試驗結(jié)果

 

2.2.1 孔徑50μm,孔深70μm的RCC材

孔徑50μm,孔深70μm的RCC材料電鍍填孔和熱應(yīng)力試驗后的切片見下圖3:

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  圖3(a)的盲孔深度70μm(包括基銅厚度),孔徑50μm,厚徑比1.4:1,經(jīng)過脈沖電鍍后孔完全被塞滿,孔內(nèi)沒有出現(xiàn)空洞等缺陷,表面銅厚21μm(包括基銅厚度)。(b)是為經(jīng)過漂錫熱應(yīng)力試驗結(jié)果,漂錫試驗條件為:288℃,10秒,重復三次,漂錫試驗后未出現(xiàn)可靠性的問題。

 

2.2.2 普通BT材料的盲孔電鍍填孔

 

  BT材料電鍍填孔和熱應(yīng)力試驗后的切片見下圖4:

 

圖4(a)的盲孔深度70μm,孔徑65μm,厚徑比1:1.1,經(jīng)過脈沖電鍍后孔完全被塞滿,孔內(nèi)沒有出現(xiàn)空洞等缺陷,表面銅厚17μm(包括基銅厚度)。

圖4(b)的盲孔深度70μm,孔徑55μm,厚徑比為1.3:1,經(jīng)過脈沖電鍍后孔完全被塞滿,孔內(nèi)沒有出現(xiàn)空洞等缺陷,表面銅厚17μm(包括基銅厚度)。

2.2.3 多階盲孔電鍍填孔

采用電鍍填孔工藝可以將多階盲孔的電鍍工藝簡單化,下面是孔徑為65μm的二階、三階和四階盲孔的切片圖5。

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五、結(jié)論

 

    電鍍填孔是PCB多層板制造過程中的關(guān)鍵工序,能有效實現(xiàn)層間的高密度互連,所涉及到得技術(shù)問題非常多,涉及到下列諸多需要解決的技術(shù)難題,針對不同的生產(chǎn)企業(yè)其側(cè)重點不同,但都有其共性。在處理多階盲孔電鍍填孔過程中需要處理好下列問題:

1、  激光成孔的孔型和對材質(zhì)的損傷將影響后道工序,需掌握好激光能量參數(shù);

2、  電鍍前的去鉆污是化學種子層的基礎(chǔ),均勻而完全覆蓋的化學鍍層有利于填孔;

3、  電鍍液的濃度和成分是關(guān)鍵,成熟的廠家無疑是最好的選擇;

4、  添加劑廠家、成分、配比的選擇需要經(jīng)過無數(shù)的實驗再確定;

5、  一代設(shè)備一代產(chǎn)品,企業(yè)受制于已有設(shè)備影響,需要調(diào)整出最優(yōu)參數(shù),找出恰當?shù)牟僮鲄?shù)窗口;


-PCB多層板制造專家!


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