電鍍填盲孔取消閃鍍直接填銅工藝研究

李志丹 陳世金 胡文廣 鄧宏喜 李云萍

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514768）

1 引言

在傳統(tǒng)的印制電路板的生產(chǎn)中，在鉆孔、化學(xué)沉銅后，往往采取閃鍍后再進(jìn)行電鍍。而閃鍍生產(chǎn)線與填孔電鍍線往往不是同一條線，這樣不僅增加了成本，浪費(fèi)了時(shí)間，還使得生產(chǎn)流程變得繁瑣，影響了生產(chǎn)效率。

通過(guò)試驗(yàn)探索了取消閃鍍采取直接電鍍的填孔方式，采用正交表L16(45)安排了不同介質(zhì)厚度、浸酸時(shí)間和浸酸濃度三因素進(jìn)行電鍍?cè)囼?yàn)，對(duì)電鍍填孔率的分析以及產(chǎn)品的可靠性的測(cè)試得到了最優(yōu)的填孔參數(shù)，以供業(yè)界同行進(jìn)行參考和應(yīng)用[1]-[4]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料：FR-4雙面覆銅箔板（介質(zhì)厚度為50 μm、60 μm、70 μm、80 μm），養(yǎng)板槽、濃流酸（AR）、某公司的沉銅藥液、某公司填孔藥水。

儀器與設(shè)備：CO2激光鉆孔機(jī)、宇宙水平棕化線、垂直沉銅線、填銅線、切片研磨機(jī)、金相顯微鏡。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

開料→烤板→減銅→棕化→CO2激光鉆盲孔→高壓清洗 →垂直沉銅→填孔電鍍→金相切片。

2.3 電鍍直接填銅試驗(yàn)

用正交表L16(45)安排正交試驗(yàn)，選取介質(zhì)厚度、浸酸濃度、浸酸時(shí)間三個(gè)因素進(jìn)行電鍍?cè)囼?yàn)。每個(gè)因素取四個(gè)水平[8]，如表1所示。正交試驗(yàn)安排如表2所示。

2.4 VCP線直接填銅

直接填銅制作前化驗(yàn)藥水濃度為（CuSO4·5H2O 230 g/L、H2SO422 ml/L、Cl-50ppm、某公司添加劑A 18 ml/L，B 1.2 ml/L，C 15 ml/L，控制電流密度2.0 A/dm2，噴流循環(huán)250 mL/L、溫度為22 ℃的條件下電鍍60 min進(jìn)行加工制作[5][6].

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 正交試驗(yàn)安排與結(jié)果

完成試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作，安排三因素在同樣的電鍍參數(shù)和藥液濃度的前提條件下進(jìn)行電鍍?cè)囼?yàn)，選取電鍍填孔率為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行考量得出分析結(jié)果[7]。并對(duì)結(jié)果進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。表3為實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。

表1 電鍍?cè)囼?yàn)因素—水平表

表2 直接電鍍填銅正交實(shí)驗(yàn)安排表

3.2 正交實(shí)驗(yàn)小結(jié)

表3 直接填銅實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析

試驗(yàn)后對(duì)盲孔的填充率進(jìn)行分析可以得知，對(duì)盲孔填充率影響最大的試驗(yàn)因素為浸酸時(shí)間，對(duì)盲孔填充率影響最小的實(shí)驗(yàn)因素為浸酸濃度。三因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響大小順序是：浸酸時(shí)間＞介質(zhì)層厚度＞浸酸濃度。試驗(yàn)的指標(biāo)-因素圖如圖1所示。由圖中結(jié)果可知，取消閃鍍直接填孔工藝中，最佳的浸泡參數(shù)為：A2B1C1，即介質(zhì)層厚度為60 μm，浸酸濃度為1.0 ml/L，浸酸時(shí)間為4 h。對(duì)于最佳參數(shù)，上述實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有出現(xiàn)，于是對(duì)本試驗(yàn)做一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在最佳參數(shù)下，電鍍填盲孔的填充率為2.6 μm這一結(jié)果比上述實(shí)驗(yàn)中的最佳值要好，說(shuō)明本次試驗(yàn)得到的結(jié)果為取消閃鍍直接填孔的最佳參數(shù)。最佳參數(shù)下盲孔填充的截面圖如圖2所示。

圖1 三因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響大小

表4 產(chǎn)品可靠性測(cè)試及結(jié)果

圖2 最佳參數(shù)下盲孔填充截面圖

浸泡液中盡管含有一定濃度的硫酸，但仍不可避免的會(huì)有氧氣存在，PCB板在浸泡時(shí)銅表面可能會(huì)與氧氣接觸并發(fā)生反應(yīng)，浸泡的時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，銅面被氧化的程度越嚴(yán)重；在硫酸存在時(shí)氧化銅會(huì)與硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銅并溶解在浸泡液中，并露出了新鮮的銅表面使得銅面氧化反應(yīng)加劇，故浸泡液酸度越高，銅面氧化程度越嚴(yán)重。

3.3 產(chǎn)品可靠性測(cè)試

上述得到了取消閃鍍直接填孔的最佳浸泡參數(shù)，但是得到的產(chǎn)品是否可靠還是一個(gè)未知數(shù)。為驗(yàn)證這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了產(chǎn)品可靠性測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容及結(jié)果如表4所示。產(chǎn)品的熱應(yīng)力、熱沖擊、回流焊、可焊性測(cè)試的結(jié)果均合格。因此從產(chǎn)品的可靠性上講，取消閃鍍直接填孔是完全可行的。

4 結(jié)論

通過(guò)正交試驗(yàn)得出取消閃鍍直接填銅的最優(yōu)參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)后的產(chǎn)品進(jìn)行熱應(yīng)力測(cè)試、熱沖擊測(cè)試、回流焊測(cè)試、可焊性測(cè)試未發(fā)現(xiàn)任何品質(zhì)異常。

此次進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)使填孔電鍍更加簡(jiǎn)單，減少以往閃鍍加工流程同時(shí)確保了生產(chǎn)可觀運(yùn)行。取消閃鍍直接填銅將更有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，取得更好效的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]寧敏潔. HDI印制板通孔電鍍和盲孔填銅共鍍技術(shù)研究[J]. 印制電路信息, 2012(S1).

[2]熊海平. 垂直電鍍線盲孔和通孔同步電鍍工藝[J].印制電路信息,2009(06).

[3]Mark Lefebvre, George Allardyce. Copper electroplating technology for microvia filling[J].Circuit World,2003 (2).

[4]曾曙, 張伯興. 電鍍填孔工藝影響因素之探討[J].印制電路信息,2005(09).

[5]吳云鵬. 盲孔電鍍問(wèn)題分析與改善[J]. 印制電路信息, 2011(04).

[6]劉小平,唐有根,王海波. 電鍍銅添加劑的合成及其電化學(xué)性能[J]. 電鍍與精飾, 2009(02) .

[7]蔡積慶. 電鍍銅導(dǎo)通孔填充工藝[J]. 印制電路信息, 2006(08).

[8]何為. 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)法及其在化學(xué)中的應(yīng)用[M].電子科技大學(xué)出版社,1994.