孔无铜

浅谈孔壁镀层空洞的成因及对策

[作者：pcbsmt] 2008-4-25 23:11:23 本文被阅读2684次

关键词：化学沉铜、孔壁镀层空洞、图形电镀、全板电镀

摘 要：化学沉铜是印制电路板孔金属化过程中，一个非常重要的步骤，其目的是在孔壁以及铜面上，形成极薄的导电铜层，为后面的电镀做准备。 而孔壁镀层的空洞是印制电路板孔金属化常见的缺陷之一，也是易引起印制电路板批量报废的项目之一，因此解决印制电路板镀层空洞问题是印制板厂家重点控制的一项内容，但由于造成其缺陷的原因多种多样，只有准确的判断其缺陷的特征才能有效的找出解决的方案。

1、PTH造成的孔壁镀层空洞

PTH造成的孔壁镀层空洞主要是点状的或环状的空洞，具体产生的原因如下：

（1）沉铜缸铜含量、氢氧化钠与甲醛的浓度

铜缸的溶液浓度是首先要考虑的。一般来说，铜含量、氢氧化钠与甲醛的浓度是成比例的，当其中的任何一种含量低于标准数值的10%时都会破坏化学反应的平衡，造成化学铜沉积不良，出现点状的空洞。所以优先考虑调整铜缸的各药水参数。

（2）槽液的温度 槽液的温度对溶液的活性也存在着重要的影响。在各溶液中一般都会有温度的要求，其中有些是要严格控制的。所以对槽液的温度也要随时关注。

（3）活化液的控制

二价锡离子偏低会造成胶体钯的分解，影响钯的吸附，但只要对活化液定时的进行添加补充，不会造成大的问题。活化液控制的重点是不能用空气搅拌，空气中的氧会氧化二价锡离子，同时也不能有水进入，会造成SnCl2的水解。

（4）清洗的温度

清洗的温度常常被人忽视，清洗的最佳温度是在20℃以上，若低于15℃就会影响清洗的效果。在冬季的时候，水温会变的很低，尤其是在北方。由于水洗的温度低，板子在清洗后的温度也会变的很低，在进入铜缸后板子的温度不能立刻升上来，会因为错过了铜沉积的黄金时间而影响沉积的效果。所以在环境温度较低的地方，也要注意清洗水的温度。

（5）整孔剂的使用温度、浓度与时间

药液的温度有着较严格的要求，过高的温度会造成整孔剂的分解，使整孔剂的浓度变低，影响整孔的效果，其明显的特征是在孔内的玻璃纤维布处出现点状空洞。只有药液的温度、浓度与时间妥善的配合，才能得到良好的整孔效果，同时又能节约成本。药液中不断累积的铜离子浓度，也必须严格控制。

（6）还原剂的使用温度、浓度与时间

还原的作用是去除去钻污后残留的锰酸钾和高锰酸钾，药液相关参数的失控都会影响其作用，其明显的特征是在孔内的树脂处出现点状空洞。

（7）震荡器和摇摆

震荡器和摇摆的失控会造成环状的空洞，这主要是由于孔内的气泡未能排除，以高厚径比的小孔板最为明显。其明显的特征是孔内的空洞对称，而孔内有铜的部分铜厚正常，图形电镀层（二次铜）包裹全板镀层（一次铜）。

2、图形转移造成的孔壁镀层空洞

图形转移造成的孔壁镀层空洞主要是孔口环状和孔中环状的空洞，具体产生的原因如下：

（1）前处理刷板

刷板的压力过大，将全板铜和PTH孔口处的铜层被刷磨掉，使后面的图形电镀无法镀上铜，从而产生孔口环状空洞。其明显的特征是孔口的铜层渐渐变薄，图形电镀层包裹全板镀层。所以要通过做磨痕测试，控制刷板压力。

（2）孔口残胶

在图形转移工序对工艺参数的控制非常重要，因为前处理烘干不良、贴膜的温度、压力的不当都会造成孔口的边缘部位出现残胶而导致孔口的环状空洞。其明显的特征是在孔内的铜层厚度正常，单面或双面孔口处呈现环状空洞，一直延伸到焊盘，断层边缘有明显被蚀刻的痕迹，图形电镀层没有包裹全板（参见图3）。

（3）前处理微蚀

前处理的微蚀量要严格控制，尤其要控制干膜板的返工次数。主要是孔中部因电镀均匀性的问题镀层厚度偏薄，返工过多会造成全板孔内的铜层减薄，而最终产生孔内中部的环状无铜。其明显的特征是孔内全板镀层渐渐变薄，图形电镀层包裹全板镀层（参见图4）。

3、图形电镀造成的孔壁镀层空洞

（1）图形电镀微蚀

图形电镀的微蚀量也要严格的控制，其产生的缺陷与干膜前处理微蚀基本相同。严重时孔壁会大面积无铜，板面上的全板层厚度明显偏薄。所以要定时测微蚀速率，最好通过进行DOE实验优化工艺参数。

（2）镀锡（铅锡）分散性差

由于溶液性能差或摇摆不足等因素使镀锡的镀层厚度不足，在后面的去膜和碱性蚀刻时把孔中部的锡层和铜层蚀掉，产生环状空洞。其明显的特征是孔内的铜层厚度正常，断层边缘有明显被蚀刻的痕迹，图形电镀层没有包裹全板（参见图5）。针对这种情况，可以在镀锡前的浸酸内加一些镀锡光剂，能够增加板子的润湿性，同时加大摇摆的幅度。

4、结论

造成镀层空洞的因素很多，最常见的是PTH镀层空洞，通过控制药水的相关工艺参数能有效的减少PTH镀层空洞的产生。但其它因素也不能忽视，只有通过细致的观察，了解到产生镀层空洞的原因及缺陷的特点，才能及时有效的解决问题，维护产品的品质。由于本人的水平经验有限，在此列举了一些平时生产中遇到的实际问题，与同行共享和交流。

通孔铜层空洞的原因和解决方法

来源：深圳龙人计算机 发布者：penny 时间：2009-3-30 阅读：960次

通孔中导电层空洞的原因大概有两种：沉积的金属不足，或在充分足量的金属沉积后，又因某种原因，失掉部分金属。不充分的金属沉积可能是由于电镀参数不当引起，如槽液的化学组成，阴极移动，电流，电流密度分布，或电镀时间等等。

本文按照导通孔金属化工艺步骤顺序研究在何处可能出现问题，并导致孔中空洞的步骤来分析这些缺陷和原因。并借鉴经典的问题分析解决的有用因素，如识别空洞形状，位置等，并指出更正问题的方法。

1、金属化以前步骤可能导致孔中空洞的因素：

A、钻孔

磨损的钻头或其它不恰当钻孔参数都可能撕裂铜箔与介电层，形成裂缝。玻璃纤维也可能是被撕裂而非切断。铜箔是否会从树脂上撕裂，不仅仅取决于钻孔的质量，也取决于铜箔与树脂的粘结强度。典型的例子是：多层板中氧化层与半固化片的结合往往较介电基材与铜箔的结合力更弱，故多数撕裂都发生在多层板氧化层表面。在金板中，撕裂都发生在铜箔较为光滑的一面，除非采用”反转处理的铜箔“(revers treated

foil)。氧化面与半固化片不牢固结合，还可能导致更糟的“粉红圈”，即铜的氧化层在酸中溶解。钻孔孔壁粗糙或孔壁粗糙且有粉红圈都会导致多层结合处的空洞，称之为楔形空洞（wedge woids)或吹气孔(blow

holes),"楔形空洞”最初处于结合交界面，它的名称也暗示：形状如“楔”，回缩形成空洞，通常可以被电镀层覆盖。若铜层覆盖这些沟，铜层后面常常会有水分，在以后的工序中，如热风整平等高温处理，水分（湿气）蒸发和楔形空洞通常一起出现。根据出现的位置与形状，很容易确认并与其它类型的空洞区分开。

B、去沾污/凹蚀

去沾污步骤是用化学方法去掉内层铜上的树脂腻污。这种腻污最初是由钻孔造成的。凹蚀是去沾污的进一步深化，即将去掉更多的树脂，使铜从树脂中“突出”，与镀铜层形成“三点结合”或“三面结合”，提高互联可靠性。高锰酸盐用于氧化树脂，并“蚀刻”之。首先需要将树脂溶胀，以便于高锰酸盐处理，中和步骤可以去掉锰酸盐残渣，玻璃纤维蚀刻采用不同的化学方法，通常是氢氟酸。若去沾污不当，可造成两种类型的空洞：在孔壁粗糙的树脂粘污可能藏有液体，可导致“吹气孔”。在内层铜上残留的粘污会防碍铜/镀铜层的良好结合，导致“孔壁拉脱”（hole wall pullaway)等，如在高温处理中，或相关的测试中，镀铜层与孔壁分离。树脂分离可能导致孔壁拉脱和裂纹以及镀铜层上的空洞。若在中和步骤中（准确讲5，当是还原反应中）锰酸钾盐残渣未完全去掉，也可能导致空洞，还原反应常常用到还原剂，如肼或羟胺等。

C、化学沉铜前的催化步骤

去沾污/凹蚀/化学沉铜之间的不匹配和各独立步骤不够优化，也是值得考虑的问题。那些研究过孔中空洞的人员都极力赞同化学处理的统一的整体性。传统的沉铜前处理顺序为清洁，调整，活化（催化〕，加速（后活化〕，并进入清（淋）洗，预浸，完全适于Murpiy原理。例如，调整剂，一种阳离子聚酯电解质用于中和玻璃纤维上的负电荷，往往须正确应用才能得到所需的正电荷：调整剂太少，活化层及附着不好；调整剂太多，会形成一层膜导致沉铜附着不好；以致孔壁拉脱。调整剂覆盖不充分，最容易在玻璃头上出现。在金相中，空洞开口表现在玻璃纤维处铜覆盖不好，或没有铜。其它引起在玻璃处出现空洞的原因有：玻璃蚀刻不充分，树脂蚀刻过分，玻璃蚀刻过分，催化不充分，或沉铜槽活性不好。其他影响Pd活化层在孔壁上覆盖的因素有：活化温度，活化时间，浓度等。若空洞在树脂上，可能有以下原因：去沾污步骤的锰酸盐残渣，等离子体残留物，调整或活化不充分，沉铜槽活性不高。

2、与化学沉铜有关的孔中空洞

在查看孔中空洞时，总看化学槽液是否有问题，同样再看看，化学沉铜前处理槽液，还要覆盖到化学铜，电镀铜，铅/锡槽共同问题。总的来讲，我们可以了解气泡，固态物（尘，棉）或有机物粘污，干膜可能阻碍镀液或活化液沉积。气泡褒入，有外来的和内在产生的气泡。外来气泡有时可能是板子进入槽中，或振荡摇摆时进入通孔中。而固有气泡是由化学沉铜液中附反应产生氢气引起，或电镀液中阴极产生氢气或阳极产生氧气。气泡引起的空洞有其特征：常常位于孔中央，而且在金相中对称分布，即对面孔壁有同样宽度范围内无铜。在孔壁表面镀上若有气泡，表现为小坑，空洞周围呈穗状。由尘埃，棉质品或油状膜引起的空洞，形状极不规则。有些防碍电镀或活化沉积的微粒还会被镀层金属包裹。非有机微粒可用EDX分析出，有机物可用FTIR检查。

有关避免气泡裹入的研究已有相当的深度。其中有许多影响因素：阴极移动摇摆幅度，板间间隔，振动摆动等。最有效的避免气泡进入孔中的方法为振动和碰撞。增加板面间隔，增加阴极移动距离也十分重要，化学沉铜槽中空气搅拌和活化槽撞击或振动几乎没有用。另外，增加化学沉铜湿润性，前处理潮位避免气泡也十分重要。镀液的表面能量于氢气气泡在跑出孔中或破灭前的尺寸有关，显然希望气泡在变大前排除于孔外，以免阻碍溶液交换。

3、干膜有关的孔中空洞

A、特征描述

孔口或孔边空洞（Rim voids)，即空洞位于离板面较近的位置，它常常由位于孔中的抗蚀剂引起，大约50－70微米宽离板面50－70 微米，边缘空洞可能位于板一面或两面，可能造成完全或部分开路。而由化学铜，电镀铜，镀铅/锡引起的空洞多位于孔中央。桶形裂纹（Barrel cracks）造成的空洞，也与干膜造成的空洞物理特征不同。

B、缺陷机理

孔口或孔边空洞是由于抗蚀剂进入孔内，显影时未去掉，它阻碍铜，锡，焊料电镀，抗蚀剂在去膜时去掉，化学铜被蚀刻掉。一般显影后很难发现孔内的抗蚀剂，空洞所在的位置和缺陷宽度是判断孔口和孔边空洞的主要依据。抗蚀剂为何流入孔中？被抗蚀剂覆盖的孔中气压比大气压低20％，贴膜时孔中空气热，空气冷到室温时气压降低。气压导致抗蚀剂慢慢流入孔中，直至显影。

主要有三种因素导致抗蚀剂流动的速度深度，即：