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收稿日期:2021-02-03新型HDI 盲孔填孔电镀铜技术郝鹏飞，吕麒鹏，王殿(中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024)摘要:高密度互连(High Density Interconnect Board ,HDI )印制电路板的盲孔电镀铜技术是其孔金属化实现电气互连的难点和关注重点,为此,在目前传统盲孔电镀铜技术和盲孔脉冲电镀铜技术的基础上,提出一种新型的电镀铜填孔技术,通过填孔工艺特定的镀铜添加剂,在传统盲孔电镀铜的技术上改变表面和盲孔的电流效率满足填孔要求,灵活应用于不同盲孔填充;通过试验和分析,该方法在效果、质量和成品率上均优于脉冲电镀,并可实现不同深宽比盲孔电镀铜要求,大大降低了成本。
关键词:高密度互连板;盲孔电镀铜;添加剂;填孔中图分类号:TQ153.1+4文献标志码:B文章编号:1004-4507(2021)02-0033-04A New Filling Electroplating Copper Technology by HDI Blind HoleHAO Pengfei ，Lv Qipeng ，Wangdian(The 2nd Research Institute of CETC ，Taiyuan 030024，China )Abstract:Blind hole copper plating technology of HDI printed circuit board is the difficulty and focus of its hole metallization to realize electrical interconnection.Based on the current traditional blind hole copper plating technology and blind hole pulse copper plating technology ，this paper proposes a new copper plating hole filling technology ，which changes the current of surface and blind hole in the traditional blind hole copper plating technology by using copper plating additives specified in the hole filling process.The efficiency meets the requirements of hole filling ，and can be flexibly applied to different blind hole filling;through the test and analysis ，the method is comparable to pulse electroplating in effect ，quality and yield ，and can realize the requirements of copper electroplating for blind holes with different thickness diameter ratio ，greatly reducing the costKey words:High density interconnect board （HDI ）；Blind hole copper plating ；Additive ；Hole filling印制电路板是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体，其应用非常广泛，在各类电子产品中均有大量应用。
电镀系列之二：电镀铜工艺及配方技术开发线路板在制作过程中，通孔经过孔金属化后往往要经过电镀铜来加厚孔铜，增强电路的耐候性能。
通常涉及到的镀铜过程包括普通电镀铜以及盲孔填孔。
线路板中使用的电镀铜技术主要还是酸铜，其镀液组成为硫酸、硫酸铜、氯离子、光亮剂（B）、整平剂（L）以及载运剂（C）。
B L C B B C B C B C B B B B L B L C B B C B C B C B B B B L B C L B C L B C LB C L图1、添加剂B、C、L 的作用机理光亮剂（B）：吸附于低电流密度区并提高沉积速率；整平剂（L）：快速地吸附到所有受镀表面并均一地抑制电沉积；载运剂（C）：携带光剂进入低电流密度区，提高低电流密度区的沉积速率；三剂一起作用，达到铜面、孔铜一起电镀，产生光亮镀层。
（1）PCB 普通电镀铜禾川化学经过研究，开发出一款适用于PCB 孔电镀铜药水，具有以下特点：（1）镀液容易控制，镀层平整度高；（2）镀层致密性好，不易产生针孔；（3）可快速获得镜面光亮及整平特性；（4）添加剂消耗量稳定，消耗量少；（5）通孔电镀效果好，TP 值大于80%，延展性，热应力等参数符合PCB标准。
图2、PCB电镀铜效果图（2）FPC普通电镀铜禾川化学经过研究，开发出一款适用于FPC孔铜电镀的药水，具有以下特点：（1）镀液容易控制，镀层平整度高；（2）镀层延展性好，耐折度好；（3）可快速获得镜面光亮及整平特性；（4）添加剂消耗量稳定，消耗量少；（5）通孔电镀效果好，TP值大于120%，延展性，热应力等参数符合PCB 标准。
图3、FPC电镀铜效果图（3）盲孔填空电镀填孔电镀添加剂的组成：光亮剂（B又称加速剂），其作用减小极化，促进铜的沉积、细化晶粒；载运剂（C又称抑制剂），增加阴极极化，降低表面张力，协助光亮剂作用；整平剂（L），抑制高电流密度区域铜的沉积。
微盲孔孔底和孔内沉积速率的差异主要来源于添加剂在孔内不同位置吸附分布，其分布形成过程如下：a、由于整平剂带正电，最易吸附在孔口电位最负的位置，并且其扩散速率较慢因此在孔底位置整平剂浓度较低；b、加速剂最易在低电流密度区域富集，并且其扩散速率快，因此，孔底加速剂浓度较高；c、在孔口电位最负，同时对流最强烈，整平剂将逐渐替代抑制剂加强对孔口的抑制，最终使得微孔底部的铜沉积速率大于表面沉积速率，从而达到填孔的效果。
一种快速填盲孔的工艺及原理研究朱凯;王翀;何为;程骄;肖定军【摘要】消费电子的快速发展推动HDI需求的持续增长,电镀填盲孔是HDI制造中必不可少的工序之一.快速填盲孔对制作精细线路、控制成本、提高产能都是有利的.本文探讨了一种新的填盲孔工艺,在不改变现有电镀体系的基础上,仅通过改变工序,可以将填盲孔时间从60 min缩短到40 min,微凹＜5μm,面铜厚度控制在(12±0.5)μm.文章还采用电化学方法和SEM图对新工艺的快速填盲孔原理进行了初步研究,研究结果表明,采用新工艺,可以在电镀工序之前实现盲孔板不同位置添加剂的选择性吸附,具体表现为盲孔底部吸附有高浓度的光亮剂,而板面光亮剂浓度较低.【期刊名称】《印制电路信息》【年(卷),期】2015(023)003【总页数】5页(P112-116)【关键词】高密度互连;快速填盲孔;电化学;选择性吸附【作者】朱凯;王翀;何为;程骄;肖定军【作者单位】电子科技大学微电子与固体电子学院,四川成都610054;电子科技大学微电子与固体电子学院,四川成都610054;电子科技大学微电子与固体电子学院,四川成都610054;广东光华科技股份有限公司,广东汕头515061;广东光华科技股份有限公司,广东汕头515061【正文语种】中文【中图分类】TN41近年来，以智能手机和穿戴设备为代表的消费电子市场持续发展，推动着PCB行业HDI（High Density Interconnect Technology）的需求量持续增加。
电镀填盲孔技术操作简单、成本低廉、可靠性高、技术成熟，是目前HDI主要采用的工艺，也是实现批量生产所使用的最广泛的工艺[1][2]。
缩短电镀填盲孔的时间，一方面能直接提高生产效率，减少镀铜量，降低成本；另一方面，消费电子的需求促进PCB继续朝小型化、高集成化发展，而缩短填孔时间，可以有效降低面铜厚度，降低蚀刻时侧蚀的影响，从而有利于制作线宽线距更小的精细线路。
一种HDI微盲孔填充用电镀铜浴及其使用方法与流程摘要近年来，随着高密度互连（HDI）技术在电子行业中的广泛应用，对微盲孔填充技术的需求越来越高。
本文介绍了一种HDI微盲孔填充用电镀铜浴及其使用方法与流程。
该电镀铜浴具有良好的导电性、封孔性和填充性能，可有效解决微盲孔填充过程中的困难。
详细介绍了该电镀铜浴的制备方法、使用方法以及填充流程，为HDI微盲孔填充技术的研究与应用提供了有益的参考。
1. 引言高密度互连（HDI）技术是电子行业中一种重要的技术，它能够在有限的空间内实现大量电子元件的连接。
在HDI技术中，微盲孔填充是一个关键的工艺步骤，它涉及到微小孔洞的填充与导电，直接影响到电子元件的连接质量和可靠性。
目前，传统的微盲孔填充方法存在着填充不均匀、孔洞封堵不良等问题，因此需要寻找一种具有良好填充性能的电镀铜浴来解决这些问题。
2. 电镀铜浴的制备方法本文所介绍的HDI微盲孔填充用电镀铜浴的制备方法如下：1.准备材料：含有铜离子的盐酸铜溶液、硫酸铜溶液、添加剂等。
2.准备设备：电镀槽、电源、温度控制装置等。
3.将盐酸铜溶液和硫酸铜溶液按一定比例混合，加入适量的添加剂，并充分搅拌。
4.将混合溶液倒入电镀槽中，并保持适当的温度和pH值。
5.对溶液进行过滤和除杂处理，以保证溶液的纯净度。
6.调整电镀槽中的电流密度和电镀时间，以控制电镀层的厚度。
3. 电镀铜浴的使用方法使用该电镀铜浴进行HDI微盲孔填充时，需按以下步骤进行操作：1.准备基板：将需要进行微盲孔填充的基板进行清洗、去脏和去氧化处理，确保基板表面的平整和干净。
2.将经过预处理的基板放置在电镀槽中，保持基板与电解液的充分接触。
3.控制电镀槽中的温度、电流密度和电镀时间，使电镀铜可以均匀、快速地填充微盲孔。
4.定期检查电镀层的厚度和均匀性，可采取适当的措施进行调整，以保证填充效果。
5.在填充完毕后，对基板进行清洗和除膜处理，以去除附着在基板表面的电镀剂和杂质。
导电聚合物用于微盲孔直接电镀工艺的常见问题与对策刘彬云;肖亮;何雄斌【摘要】The conductive polymer film was applied to direct electroplating process for metallization of microvias in fabrication of printed circuit board (PCB). The main process flow including smear removal, conductive organic film formation, and copper electroplating was introduced. The common problems occurred during experiments and production were summarized and some countermeasures were given.%将导电聚合物膜应用于印制电路板(PCB)制造的微盲孔金属化直接电镀工艺中.介绍了主要工艺流程,包括除胶渣、有机导电膜工艺和电镀铜.总结了实验和生产过程中的常见问题,并给出了相应的解决对策.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2018(037)008【总页数】6页(P350-355)【关键词】印制电路板;微盲孔;金属化;直接电镀铜;导电聚合物膜;除胶渣【作者】刘彬云;肖亮;何雄斌【作者单位】广东东硕科技有限公司,广东广州 510288;广东东硕科技有限公司,广东广州 510288;广东东硕科技有限公司,广东广州 510288【正文语种】中文【中图分类】TQ153.14;TG178在印制电路板(PCB)制造工艺中，层间电路导通是靠通孔或盲孔金属化来完成的。
传统工艺一般都采用以甲醛为还原剂的化学镀铜层为底层。
但甲醛毒性大，是一种致癌物质，并且含有铜离子、镍离子、钯离子和配位剂的化学镀铜废液难以处理。
冲压盲孔的正确方法1.引言1.1 概述冲压盲孔是一种常用的金属加工工艺，广泛应用于汽车、家电、机械制造等行业中。
它可以有效地在金属材料上形成各种盲孔结构，用于固定紧固件、安装零部件等。
冲压盲孔技术的正确运用对于产品的质量和性能起着至关重要的作用。
在传统的冲压盲孔加工中，由于操作人员经验不足或加工工艺不正确，常常会出现一些问题，如盲孔不规则、尺寸偏差较大、内部毛刺过多等。
这些问题不仅影响产品的外观美观度，还可能导致紧固件安装不牢固，甚至影响产品的使用寿命和可靠性。
为了解决上述问题，需要通过正确的冲压盲孔方法进行加工。
正确的冲压盲孔方法应具备以下特点：首先，要选择合适的冲压模具，确保模具的几何形状和尺寸与产品要求相匹配，以保证冲压盲孔的精度和表面质量。
其次，要合理调整冲床设备的参数，如冲床力度、冲头速度等，以确保冲压盲孔的稳定性和一致性。
最后，要进行必要的清理和抛光处理，去除盲孔内部和外部的毛刺和残留物，提高产品的质量。
冲压盲孔技术的发展前景十分可观。
随着工业技术的不断进步，冲压盲孔的加工精度和效率将进一步提高。
同时，随着材料科学和工艺技术的不断发展，新型材料和新型加工方法将为冲压盲孔技术的发展提供更多可能性。
因此，对于冲压盲孔技术的研究和应用具有重要意义，将为相关行业的发展和产品的提升提供有力支持。
综上所述，正确的冲压盲孔方法是保证产品质量和性能的关键。
通过选择合适的冲压模具、合理调整冲床设备参数以及进行必要的清理和抛光处理，可以有效解决冲压盲孔加工中的问题，并为冲压盲孔技术的发展奠定基础。
未来，随着技术的不断创新和进步，冲压盲孔技术将有更广阔的应用前景。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在概述整篇文章的组织框架，让读者对文章的主要内容有一个清晰的了解。
本文将按照以下结构进行呈现：1. 引言：在本部分中，将会对冲压盲孔的正确方法进行引言。
首先，概述冲压盲孔的基本概念和其在工业制造中的重要性。
盲孔陶瓷体金属化及银焊：盲孔陶瓷体金属化及银焊是一种用于将金属材料焊接到陶瓷基板上的技术。
以下是该过程的主要步骤：
1.准备陶瓷和金属表面：在金属化之前，需要对陶瓷表面进行特殊的处理，例如表面
清洁、蚀刻、活化等，以增加陶瓷与金属之间的黏附力。
同时，也需要对金属表面进行清洁和预处理，以确保金属表面的平整和光滑。
2.涂覆金属化层：在陶瓷表面涂覆一层金属化层，这可以通过电镀、化学镀或真空镀
等方法实现。
金属化层的材料可以是金、银、铜等，具体选择取决于应用需求和工艺条件。
3.加热和焊接：将金属化层与金属材料一起加热，使其达到熔融状态。
在焊接过程中，
可以使用银焊或其他焊料来促进金属与陶瓷之间的连接。
4.冷却和检查：焊接完成后，需要将组件冷却至室温。
然后，对连接处进行外观检查，
以确保没有明显的缺陷或不足。
需要注意的是，在金属化及焊接过程中，需要严格控制温度、时间和气氛等工艺参数，以避免对材料造成损害或影响连接质量。
同时，对于不同的材料和工艺条件，可能需要采用不同的处理方法和优化工艺参数来达到最佳的连接效果。
因此，在实际操作中，需要根据具体情况进行调整和优化。
微盲孔填充及通孔金属化:技术选择及解决方案
摘要| 电子产品向轻、薄、短、微型化的发展趋势要求印制线路板及包装材料的空间体积向更小型化发展，高密度互连(HDI)技术已经成为发展的必然趋势。
线路板的功能可靠性很大程度上取决于直接金属化、微盲孔填充及通孔金属化的品质。
为改善流程的性能，人们往往会提高工艺流程的复杂程度，使用不同类型的添加剂，这使流程更加难以控制。
另外，PPR 脉冲电镀技术作为一种解决方案已被应用，最终还是要通过功能性化学品的氧化还原保护作用来维持添加剂的稳定性。
一项新的技术已经问世，此技术简单而又能有效地控制流程，可实现微孔填充与通孔金属化同步进行，已经在整板电镀和图形电镀的应用中得到了证实与认可。
该技术可应用于传统垂直起落的浸入式直流电镀生产线。
另外，此项新技术添加剂的使用量少，从而延长了镀液使用寿命，流程品质也易于管理与控制。
引言
线路板在机加工之后的微、通孔板，孔壁裸露的电介质必须经过金属化和镀铜导电处理，毫无疑问，其目的是为了确保良好的导电性和稳定的性能，特别是在定期热应力处理后。
在印制线路板电介质的直接金属化概念中，ENVISION HDI工艺在HDI印制线路板的生产中被认为是高可靠性、高产量的环保工艺。
这项新工艺可使微盲孔填充及通孔金属化同步进行，使用普通的直流电源就具有优异的深镀能力。
另外一些研究显示，CUPROSTAR CVF1不改变电源及镀槽设计的条件下仍能保证填盲孔，不影响通孔电镀的性能。
本文总结了CUPROSTAR CVF1最新研发结果、工艺的潜能以及对不同操作控制条件的兼容性，描述了微盲孔和通孔的物理特性和导电聚合体用于硬板和软板的直接金属化技术新的发展方向以及与CVF1电镀的兼容性。
CUPROSTAR CVF1
半一站垂直浸入式工艺(表1)，可利用现有的电镀设备(直流电源和可溶性阳极)进行微孔填铜。
常规的电镀液中含有活化剂和抑制剂(甚至还含有整平剂)，CUPROSTAR CVF1的两种添加剂是分开的：预浸液中只含有活化剂，镀液中只含有抑制剂。
各添加剂成份可用CVS定量分析，即使是在镀液老化后，添加剂分解造成的污染还是可维持在最低水平。
图1 简明了CVF1的电镀反应机理。
通过预浸，PCB铜面浸附上活化剂分子。
电镀过程中，板面铜层被氯化物和抑制剂分子共同抑制，迫使铜电镀只能在盲孔的底部及通孔的中部的低电流密度区进行。
在用高电流密度填充前先要用低电流密度(1.5-2.0A/dm2范围内，具体取决于微孔的直径大小)在较短的时间(15-30分钟)内在微孔底部镀上一层均匀的铜，在抑制剂的作用下，PCB 工件表面电镀铜的厚度控制在较薄的范围内，整个填充电镀的时间为60-90分钟(具体取决于微孔的直径大小)。
众所周知，微孔的填充功效与槽液因添加剂分解而积聚的有机污染有密切关糸，通常情况下，一般填充电镀槽液在电镀40-60 Ah/L 后，填充功效会下降，此时需过滤处理槽液(活性碳处理/UV 曝光处理)，
表1CUPROSTAR CVF1的流程步骤及操作控制参数
生产因此而停顿。
CUPROSTAR CVF1 因其简单、独立的添加剂体系，槽液的工作寿命比一般的填充电镀槽液提高了3倍以上(图3)。
通孔金属化效果与通孔内电镀液的交换有密切关系，电镀时必需有搅拌(图4)。
工作槽液的流动从只使用单一空气搅拌(中试线实验)的“缓和流动”发展到“强烈流动”(空气搅拌+ 喷射)，其结果是不管纵横比如何，通孔金属化功效均可提高20%。
在客户生产线上，使用最佳的搅拌方式，同样可以得到同中试线一样的效果。
CUPROSTAR CVF1是因微盲孔的电镀填充需求而发展，不管怎样，未来工艺技术的发展方向是在无需改变化学添加剂及电镀设备(图5)的条件下，保持电镀及通孔金属化功效不受影响。
很显然，填充电镀铜前微盲孔和导通孔的PTH 活化层和闪镀铜层的品质对填充效果有很大的影响，不良的化学铜活化层或不均匀的闪镀铜(图6)以及高纵横比深镀能力差的闪镀铜层都会导致填孔不完整，出现空洞。
CUPROSTAR CVF1 具有优异的深镀能力，可用于闪镀铜流程，填充电镀前在微盲孔和通孔孔镀上4- 5 μm厚的均匀铜层是必需的(图7)。
管怎样，如果化学铜沉积出了问题，则后续的闪镀铜的品质就无法接受。
特别对于高纵横比的微孔来说，由于孔内溶液交换量的不足，先天不足的化学铜工艺已不能满足流程的需要，这就需要一种新工艺能在微孔壁均匀镀覆上一层镀铜导电层。
采用导电聚合物导电的直接金属化工艺则不存在诸如孔内溶液交换量必须足够的限制，由于无需孔内溶液交换就可以在微孔内壁介质上产生约200 nm厚的导电聚合膜(图8)，此外，CUPROSTAR CVF1 与导电聚合体兼容，优秀的通孔金属化性能，可直接用于下一步的“闪镀铜及镀通孔”工艺中。
使用导电聚合体进行直接金属化
导电聚合体的本质是通过噻吩中的C-C双键连接结构来实现的。
聚合体工艺是PEDT(EDT单体)的一种氧化聚合反应，在MnO2物的作用下，PEDT与聚苯乙烯磺酸(PSSA)结合形成不溶性的导电聚合物。
具体反应机理请参看J. Hupe High Reliable and Productive Metallisation Process for Blind Micro Via Applications (2)。
从化学反应机理来分析，介质表面必须先要有小量的MnO2存在，才能为聚合反应提供必须的“氧化能力”。
众所周知，PEDT在聚酰亚胺基材上的导电性比在标准FR4和高Tg板材的导电性明显地低。
除了“在导电聚合体形成过程中无需体积交换”外，ENVISION HDI工艺步骤少、成本低、流程控制简单，仅只在介质层上形成聚合体。
然而，在低聚体的形成中，因氧化副反应的存在，溶液的寿命大约限制在5-6天(或~5m2/L)，具体取决于生产条件。
新一代稳定EDT溶液(ENVISION HDI CATALYST 7375)已问世，它通过减少不必要的低聚体的形成从而将工作液的寿命从5天延长至10天(图10)。
除了延长工作液的寿命外，新的流程监控方法能够通过用UV 仪测量吸收率(@870nm)来连续监控低聚体的形成。
当催化剂老化时，吸收峰值增大，催化剂的老化程度与导电性能下降紧密相关。
如前文所述，在80-85℃的高锰酸盐的处理过程中，与标准的FR4层压板相比，极少MnO2吸附在聚酰亚胺上。
新一带低温高锰酸盐引发剂已研发，操作温度在50-60℃之间，特别适用于聚酰亚胺板(ENVISION HDI-Flex 7325)。
尽管引发剂7325主要用于PI板，但也可以同样用于标准FR4层压板和高Tg层压板。
使用低温引发剂会使更多的MnO2吸附在聚酰亚胺板基材上，可以大大增强后工序生成的PEDT聚合体的导电性。
与FR4相比，虽然聚酰亚胺上的MnO2量只有FR4上的25%，但同样可以确保在通风的环境里储存36天后仍有优异的导电性。
有关新型改良导电聚合体工艺和软板用的低温引发剂更详细介绍请参阅参考文献3《导电聚合体与电介质层金属化》。
案例分析：CUPROSTAR CVF1与ENVISION HDI-Flex
我们用多层聚酰亚胺基材证实新研发的引发剂和改良的催化剂优异的性能，经过ENVISION HDI工艺后，层压板用CUPROSTAR CVF1镀液镀铜。
直流微孔填充电镀的深镀能力很好，亦可用于闪镀铜。
电镀铜层保持板材不均匀的轮廓(图11)，不均匀的轮廓缘于PI多层板内层间存在粘合剂(由客户供应的品质决定)。
闪镀铜后，在含有抑制剂的镀液中(包括预浸)同时进行填孔和镀通孔。
无论孔的表面形态如何，都可以100%填孔和通孔金属化(6个点测试法)，通孔也可以获得均匀的铜层。
按照Auger 分析，选择性地在孔壁电介质上形成的聚合体被证实在通过3次漂锡热冲击测试(测试温度为260℃) 后，内层连接性能仍很优异。
结论
CUPROSTAR CVF1 微、盲孔填充电镀工艺适用传统可溶性阳极垂直电镀线，具有优异的填孔效率和深镀能力。
在镀液流动性优良的情况下，纵横比6:1 的通孔深镀能力可达到100%。
在不改变镀槽设备和基本化学品的情况下，CUPROSTAR CVF1仍能保持对微通孔有卓越的深镀能力。
此外，CUPROSTAR CVF1 通孔金属化性能卓著，在介质层金属化后可闪镀铜形成薄的化学铜层。
对于高纵横比的盲孔和通孔，此镀铜工艺与使用导电聚合体—ENVISION HDI 直接金属化之间的兼容性能够确保高品质的填孔和镀通孔性能。
与新改良的使用导电聚合体的直接金属化工艺相结合，专为PI 板材而设计的ENVISION HDI-Flex可以大大提升工艺品质，将工艺复杂性降至最小(缩短设备的长度及工序的数量)。
参考文献
1.Rasmussen, J. et al.: “Simultaneous Microvia Filling and Through-Hole Metallization”, CPCA, Shanghai 2006
2.Hupe,J.:“High Reliable and Productive Metallisation Process for Blind Micro Via Applications”, EIPC, Basel 2005.
3.Rasmussen, J. et al.: “Metallization of Dielectrics Using Conductive Polymer”, SURFIN, Milwaukee 2006.。
