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【簡(jiǎn)介】
印制線路板微孔金屬化的關(guān)鍵在于在高厚徑比的微孔中形成無(wú)空洞、無(wú)接縫、均勻的銅沉積層。綜述了目前微孔填充技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀, 對(duì)電鍍過(guò)程中采用的電流密度、攪拌因素和電流波形等進(jìn)行了探討, 重點(diǎn)討論了添加劑對(duì)填孔效果的影響及其作用機(jī)理。
關(guān) 鍵 詞：印制線路板；微孔；厚徑比；添加劑；填孔；脈沖電鍍
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ153．14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
引 言
自20世紀(jì)40年代“印制電路之父”英國(guó)Panl Eisler博士率先提出印制線路板(PCB)的概念，并成功地應(yīng)用于收音機(jī)以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的研究和生產(chǎn)實(shí)踐，印制電路產(chǎn)業(yè)獲得了巨大的發(fā)展。近年來(lái)，電子產(chǎn)品日趨輕、薄、短、小，正向著高密度、多功能、高速度化的方向發(fā)展，這促使PCB板尺寸不斷減小，布線密度不斷提高，而縮小板上微孔(埋、盲、通孔)的尺寸成為達(dá)到高密度互聯(lián)(HID)的有效手段[1]。
孔金屬化是PCB制造工藝的核心，孔徑的減小使得孔的厚徑比(AR)越來(lái)越大(一般把AR在0.7以上的盲孔電鍍稱(chēng)之為高厚徑比電鍍)，進(jìn)行封孔鍍銅也變得越來(lái)越困難[2]。在微孔區(qū)域內(nèi)，電流密度分布的不均勻性導(dǎo)致微孔表面銅的沉積速率大于孔壁和底部的沉積速率，因此，極易在沉積過(guò)程中形成孔洞或接縫，這一結(jié)果為PCB板的使用增加了很多不可靠因素[3]。研究表明，添加劑的加入會(huì)改善沉積效果，使微孔底部的沉積速率高于表面的沉積速率，最終得到理想的填充效果，即在文獻(xiàn)中經(jīng)常看到的超等角沉積[4]。研究者為銅在微孔中的電沉積提供了大量數(shù)學(xué)模型[5]叫，但在沉積過(guò)程中起重要作用的添加劑的作用機(jī)理及其過(guò)程控制等方面，還有很多需要研究解決的問(wèn)題。同時(shí)，電源的供給方式也成為封孔鍍工藝研究的重要組成[2,4,12-16]。
本文介紹了PCB板封孔鍍添加劑作用機(jī)理的研究現(xiàn)狀，同時(shí)對(duì)封孔鍍工藝流程及影響因素做了簡(jiǎn)單介紹。
1 工藝流程
目前封孔鍍大多要經(jīng)過(guò)鍍前處理、化學(xué)鍍銅和電鍍銅來(lái)完成[2]。鍍前處理為化學(xué)鍍銅提供活化中心，增強(qiáng)化學(xué)鍍晶種的附著力，是關(guān)系到最終封孔鍍能否順利完成的前提條件。鍍前處理主要分為溶脹、刻蝕、調(diào)整、微蝕、預(yù)浸、活化和速化等幾個(gè)步驟[2]。化學(xué)鍍銅層的厚度和均勻性及放置時(shí)間都會(huì)影響填孔效果。鍍層過(guò)薄或不均勻，其填孔效果都較差。通常，建議化學(xué)鍍銅層厚度大于0.3μm[12]。
2 沉積效果
電鍍填孔技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)在于最大程度將孔填滿(mǎn)，而基板表面厚度偏差降至最小。填孔率是對(duì)填孔效果的量化評(píng)估，一般，對(duì)孔徑為80～120μm，深50～ 80μm 的激光燒蝕孔，目標(biāo)填孔率應(yīng)大于80%，而且通常銅的沉積厚度為25μm[1] 。圖1表示的是沉積過(guò)程中可能出現(xiàn)的幾種結(jié)果[5]。
當(dāng)沉積厚度在孔中各點(diǎn)相同時(shí)，稱(chēng)之為等角沉積，這樣的開(kāi)端最終會(huì)導(dǎo)致接縫形成，如果孔的底部是凹形的，還會(huì)形成孔洞；沉積時(shí)，當(dāng)微孔底部的厚度小于頂部的厚度時(shí)，稱(chēng)之為亞等角沉積，此時(shí)即使孔壁是垂直的，也會(huì)有空洞形成。電鍍時(shí)，孔中的Cu2+濃度隨沉積的進(jìn)行而逐漸降低，同時(shí)亞微米級(jí)的孔徑使鍍液中的Cu2+向微孔中擴(kuò)散非常困難，尤其是微孔底部的Cu2+難以得到及時(shí)補(bǔ)充，從而導(dǎo)致濃度過(guò)電位的形成，此過(guò)電位使電流優(yōu)先流向微孔的上部，發(fā)生沉積。如果微孔深度較大，孔中電解質(zhì)的歐姆降也會(huì)導(dǎo)致電流沿孔壁的不均勻分布。對(duì)于完美的填充結(jié)果來(lái)說(shuō)，要求銅的沉積速度隨孔的深度而變化，即沿著孔的側(cè)壁向下，沉積速度逐漸增加，在底部的沉積速度最快，這是達(dá)到超等角沉積的必要條件。這一過(guò)程可借助添加劑的作用來(lái)完成，這時(shí)沉積層的孔洞和接縫最少[5]。
3 沉積過(guò)程
銅的沉積效果受諸多因素影響，如陰極電流密度、電流波形、攪拌方式及鍍液組成等。
3．1 陰極電流密度
陰極電流密度(jk)是決定電鍍速度的主要因素，jk越高，電鍍時(shí)間越短。然而，過(guò)高的jk，除了使鍍層結(jié)晶松散外，同時(shí)也會(huì)減弱添加劑的作用效果，出現(xiàn)空洞，嚴(yán)重時(shí)甚至不會(huì)發(fā)生填孔[4,12,17]。圖2是jk對(duì)填孔率的影響[4]。
3．2 攪拌因素
攪拌在填孔過(guò)程中是非常關(guān)鍵的。均勻的空氣攪拌使擴(kuò)散層中的Cu2+濃度梯度保持定值，在添加劑的協(xié)同作用下，使得填孔得以順利進(jìn)行。與空氣攪拌相比，噴射的電鍍?nèi)芤嚎梢灾苯恿飨蚧澹黾恿藗髻|(zhì)效率，提高了填孔效果和板面均勻性。然而過(guò)強(qiáng)的噴射攪拌有時(shí)反而會(huì)破壞孔內(nèi)原已達(dá)到的平衡，從而影響填孔的均勻性[12,17]。
3．3 電流波形
3．3．2脈沖型
脈沖電鍍實(shí)質(zhì)上是一種通斷直流電鍍。所不同的是，脈沖電鍍有三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)(導(dǎo)通時(shí)間ton 關(guān)斷時(shí)間toff和脈沖電流密度Jp)可調(diào)，而一般直流電鍍只有一個(gè)參數(shù)(電流或電壓)可調(diào)。因此，采用脈沖電鍍?yōu)椴弁饪刂棋儗拥馁|(zhì)量提供了有力手段[15]。
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