5/5填孔電鍍品質(zhì)可靠性的研究和探討.2011秋季國(guó)際PcB技術(shù)/信息論壇孔化與電鍍HoleProcessingandPlating

填孔電鍍品質(zhì)可靠性的研究和探討

PaperCode:S-021

彭濤田維豐劉晨姜雪飛彭衛(wèi)紅劉東

深圳崇達(dá)多層線路板有限公司

AbstractIntheprocessofPCBjointingbrigade,theviaairladderCallbringonthejointingsolderairand

itwilldebasethejointingintensionandquailtydependability,becauseofabove.moreandmorecustomersrequire

theviaofHDlcircuitryboardshouldbedonebyfilling?inplating.Intherelafiv9lyofnormalplating,thereactionmechanismoffilling—inplatingismorecomplex,theprocesscontrolismoFedifficulttobewatched,andthequailtydependabilityisworse.Theletterpresstellofthereactionmechanismoffilling—inplating,discussthewayhowto

stepupthetechnicalabilityoffilling—inplatingbyDOEexperimentandquailtydependability.

Keywordsfillingplating;fillingratio

1為什么需要填孔

1.1PCB高密度化、高精細(xì)化的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子產(chǎn)業(yè)的高密度、高精細(xì)化,HDI板焊盤直徑和間距的逐漸減小,使盲孔孑L徑也逐漸減小,盲孔厚徑

比隨之加大,普通的電鍍藥水和傳統(tǒng)的電鍍工藝不能達(dá)到盲孔鍍銅的效果,為保證盲孔d6質(zhì)的可靠性,更多生

產(chǎn)廠家選擇專用盲孔電鍍藥水或增加填孔流程。

.】53.

孔化與電鍍HoIeProcessingandPlaling2011秋季國(guó)際PcB技術(shù),信息論壇

圉1盲孔高厚徑比使品質(zhì)可靠性降低

1.2疊盲孔設(shè)計(jì)和導(dǎo)熱能力要求

疊盲孔設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高密度線路的重要方法之一,疊盲孔設(shè)計(jì)內(nèi)層盲孔一定要進(jìn)行填孔。

圍2疊孔板設(shè)計(jì)需要做填孔

1.3表面封裝的要求

由于未填孔的盲孔在客戶端表面封裝時(shí),盲孔內(nèi)的空氣會(huì)阻止焊錫料進(jìn)入盲孔內(nèi),并在盲孔孔口附近產(chǎn)生焊接氣泡,此種氣泡會(huì)減弱焊接強(qiáng)度,對(duì)品質(zhì)可靠性造成負(fù)片影響。為防止此種“虛焊”的影響,越來(lái)越多的客戶要求盲孔進(jìn)行填孔電鍍。

以上就是盲孔填孔需求量越來(lái)越大的主要原因,在電子高密度化趨勢(shì)下,盲孔的制作難度將會(huì)越來(lái)越大,盲孔的品質(zhì)可靠性和制程能力也是客戶和線路板廠商倍受關(guān)注的焦點(diǎn)。本文就從如何提升盲孔填孔制程能力和填孔品質(zhì)可靠性和大家一起探討。

2填孔原理

2.1填孔基本原理

在傳統(tǒng)電鍍理論中,盲孔底部是低電流區(qū)域,藥水交換少,其電鍍效果往往難以達(dá)到理想狀態(tài)。盲孔電鍍填孔工藝隨著填孔光劑的發(fā)展和優(yōu)化而逐漸成熟,在}IDI板制作過(guò)程中扮演著重要角色。市場(chǎng)上填孔光劑種類較多,但其主要原理相近。填孔光劑主要成分有三種:光亮劑、抑制劑、整平劑。

光亮劑主要吸附于盲孔底部。利用硫醇類有機(jī)物與Cu2+形成絡(luò)合物,以加速銅在盲孔底部的沉積;

抑制劑主要是大分子基團(tuán),吸附于銅表面,利用有機(jī)物吸附Cu”,起劍抑制表面銅離子沉積的作用;

整平劑主要作用是平衡高電流區(qū)孔口和低電流區(qū)孔角的電流分布,修飾盲孔孔形。

2.2填孔過(guò)程示意圖

Q4IIQIOINNIOOIIl94NN[qOg-I

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2011秋季國(guó)際,PCB技術(shù)/信息論壇孔化與電鍍HoleProcessingandPlating2.3填孔品質(zhì)判斷標(biāo)準(zhǔn)

HJ

tIH3

填充率(FillingRatio=(H2/H3×100%,要求≥80%

微凹深度(DimpleDepth=H3.H2,要求<10LLm

填孔深鍍能力(ThrowingPower=H2/H1

3影響填孑L品質(zhì)的因素

根據(jù)填iL電鍍的基本原理,及實(shí)際填孔經(jīng)驗(yàn),將影響填孔品質(zhì)的因素總結(jié),主要有:盲孔的形狀:盲孔孔徑及厚徑比;填孔光劑種類和管控;溶液攪拌方式(噴流、打氣:填孔溶液中硫酸銅和硫酸濃度;電流密度。4填孔品質(zhì)影響因素分析

41盲孔的形狀

不同的盲孔形狀填孔難度如圖3所1i。

腰鼓型:難垂直型:中斜坡型:易

圈3

腰鼓型和垂直型的盲孔在填孔電鍍時(shí),扎Il是高電流區(qū),如控制不好。其沉積速度高于盲孔底部沉積速度.就會(huì)產(chǎn)生填孔氣泡。斜坡型藥水流通性較Iji『兩者好,不易產(chǎn)生填孔氣泡,制作難度較前兩者容易。良好的盲孔形狀是填孔電鍍的基礎(chǔ),對(duì)激光鉆孔的;㈨^蛭有嚴(yán)格監(jiān)控,才能保證盲iL填孔電鍍的品質(zhì)。

4.2盲孔孔徑及厚徑比

使用不同的填孔光劑,其盲孔孔徑對(duì)填扎的影響有所不同。但主要影響是厚徑比偏大,孔徑小時(shí),在填孔電鍍時(shí)藥水交換差,易出現(xiàn)填孔空澗的缺陷,填孔時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)效率低:孔徑偏大時(shí),盲孔底部在噴流的作用下不易吸附加速劑。其填孔效果較茲。所以介征的孔徑和縱橫比對(duì)填孔的品質(zhì)可靠性影響較大。

合適的孔徑在填孔時(shí).盲孔底部易吸附加速荊.填孔效果好。

盲:fLiL徑較大時(shí),在填孔電鍍時(shí)藥水流通交換效果好,會(huì)帶走部分底部吸附的加速荊.填孔效果較差。

.155.

孔化與電鍍HoleProcessingandPlating2011秋季國(guó)際PcB技術(shù),信息論壇根據(jù)我公司使用的填孔光劑A,通過(guò)試驗(yàn)找出不同介質(zhì)層的最佳厚徑比范圍,結(jié)果如下,供大家參考:

介質(zhì)層厚度/mm最小孔徑/mm最大孔徑/mm厚徑比范圍

00500.0"/50.1250-4.0.67

0.0"/50.0"/50.1

O.1000.080.1500.67-1.25

0.125O.100.1"/507l一125

圖475gm介質(zhì)層,150um孔徑填孔效果較差圖5同樣電鍍條件下,75pm介質(zhì)層,75岬孔徑,填孔效果很好盲孔縱橫比只有維持在一個(gè)合理范圍內(nèi),才能有穩(wěn)定的填孔效果。盲孔孔徑和孔形都是影響填孔電鍍的客觀條件,各個(gè)廠家生產(chǎn)條件不一樣,不能一概而論,但如果沒(méi)有相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證和規(guī)范,則難以保證填孔品質(zhì)。4.3填孔光劑種類和管控

填孔光劑在填孔電鍍中起著主導(dǎo)作用,填孔光劑的選擇和管控顯得尤為重要。現(xiàn)在有多家藥水公司都有成熟的填孔光劑,可根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)選擇合適的填孔光劑。不同的光劑有著不同的特性和管控方法,只有填孔光劑濃度穩(wěn)定。搭配合理,污染少,才能發(fā)揮出填孔的作用,才能保障填孔品質(zhì)可靠性。

4.4溶液攪拌方式(噴流、打氣

在電鍍中,藥水流通直接影響到電鍍效果,盲孔由于一端被封住,藥水流通比通孔要困難,所以填孔電鍍時(shí)的藥水?dāng)嚢柩h(huán)效果非常重要。藥水流通性差,在盲孔內(nèi)易產(chǎn)生氣泡:藥水流通性過(guò)強(qiáng),則盲孔底部不能有效吸附加速劑,填孔效果反而不佳。通常來(lái)講,打氣是無(wú)規(guī)則的,不易控制,攪拌效果較弱,一般建議用噴流。不同光劑對(duì)藥水流通和噴流的強(qiáng)度要求不同,不同孔徑的盲孔對(duì)噴流強(qiáng)度也有所區(qū)別,所以選擇適當(dāng)?shù)乃幩當(dāng)嚢璺绞胶蛷?qiáng)度對(duì)填孔效果非常重要。以下是我司試驗(yàn)噴流強(qiáng)度對(duì)填孔效果的影響:

從以下圖片可以看出,過(guò)強(qiáng)和過(guò)弱的噴流都會(huì)對(duì)填孔品質(zhì)可靠性帶來(lái)影響,噴流量小,盲孔底部流通性差,合盲孔底部沉積速率小于孔口和孔中間沉積速度,則會(huì)導(dǎo)致填孔氣泡。噴流量過(guò)大,則使孔徑較大的盲孔藥水流通性強(qiáng),帶走部分加速劑,使填孔效果下降。應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)找出最佳的噴流參數(shù),使不同孔徑的盲孔填孔效果達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)。

噴流泵在使用過(guò)程中會(huì)有磨損和老化,噴流流量也會(huì)緩慢降低,因此噴流泵的維護(hù)和噴流流量監(jiān)控也很重要,可以通過(guò)定期維護(hù)噴流泵和安裝噴流流量計(jì)來(lái)監(jiān)控噴流流量。

4.5填孔溶液中硫酸銅濃度

在填孔電鍍時(shí),不僅要考慮盲孔填孔,還要同時(shí)考慮通孔電鍍。盲孔電鍍?cè)诟咩~低酸下效果好,而通孔深鍍能力在高酸低銅條件下較好,兩者呈對(duì)立現(xiàn)象,所以在實(shí)際生產(chǎn)中,對(duì)硫酸銅和硫酸濃度要找到一個(gè)平衡點(diǎn).使盲孔填充品質(zhì)和通孔銅厚同時(shí)達(dá)到要求。

一156-

2011秋季國(guó)際PCB技術(shù)/信息論壇孔化與電鍍HoleProcessingandPlatingIi扎條件

流_}i}(LPM

75mnl+75111111l25llllll+100mm

15。

●—■曩量—■。,l囊

有填孔空洞合格

ii.一400

合格合格

6。。

I_I--I

合格填孔4:飽滿

溶液濃度

孔徑硫酸銅:I50∥l疏酸銅:210∥l

硫酸:85%硫酸:54%

介質(zhì)E習(xí)5min■■一L_舅舅?,JI

孔釋75mm

填充率85%填先率95%

介質(zhì)層——]’-_一—%■目'E__

100mrn孑L徑I—一125mm

填充率68%填允牢95%,

通孔:一■■■一160mm板

J畢.025ram

I

扎徑

i采鍍能,J:H1%1毓傲能,J72%

從以l:試驗(yàn)可以看出.在硫酸銅2lOg,l,硫酸5.4%條件下.通孔深鍍能力可以達(dá)到72%.可滿足通孔錒厚要求,具體需根據(jù)盲孔填孔難度和通孔銅厚嬰水來(lái)確定硫酸制濃度。

4.6電流密度

在填孔電鍍時(shí),往往采用小電流密度會(huì)得到較好的盲孔填孔效果和通孔深鍍能力,但是小電流密度生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)效率低.成本高。在現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng).成本意識(shí)和生產(chǎn)效率早已深入人心。所以要降低電流晰.157.

孔化與電鍍ＨｏｌｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＰｌａｔｉｎｇ２０１１秋季國(guó)際ＰｃＢ技術(shù)／信息論壇度來(lái)保證品質(zhì)不是長(zhǎng)久之計(jì)。要盡量提高電流密度，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)成本和品質(zhì)的雙豐收。我司用填孔光劑Ａ試驗(yàn)高低電流對(duì)填孔效果和通孔深鍍能力的影響，供大家參考，具體如下電鍍條件孔徑踴瞄蹈蛆豳＿１ＯＡＳＤＸｌ３０ｍｉｎｌ６ＡＳＤＸ８０ｍｉｎ介質(zhì)層７５ｍｍ盲孑Ｌ７５ｒａｍ稿豳ｋ＿曩■—麓■舶帕■■■——＿曩舅曼翟囡曼舅—。有填孔空洞介質(zhì)層１００ｍｍ，盲孔１２５ｍｍ?●ｄ填孔率８８％深鍍能力８２％填孔率９５％！墨＿鼻；。翟蠆＿—＿一填孔率８０％通孔：板厚１６ｒａｍ孔徑０２５ｍｍ深鍍能力７４％從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，高電流密度盲孔填充效果較差。為提升電鍍效率，可采取分段電鍍的方法，電流密度逐步提升，可根據(jù)情況分為二段或三段，是解決填孔生產(chǎn)效率和品質(zhì)的較好方法。４．７小結(jié)影響填孔電鍍的因素還有很多，如震動(dòng)、搖擺、有機(jī)污染、激光鉆孔品質(zhì)等各個(gè)方面都有關(guān)系，在這里就不一一贅述。５結(jié)語(yǔ)填孔電鍍自從登上ＰＣＢＩ藝的大舞臺(tái)，就一直扮演著舉足輕重的角色。填孔電鍍屬于一種新型工藝，其反應(yīng)機(jī)理、過(guò)程控制、制作難度