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在沉铜层上镀铜的阴极初始过程研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-21  浏览次数:712
核心提示:  杨智勤 倪超 陆然 张曦 田瑞杰  (深南电路有限公司,广东深圳518117)  摘要:针对印制电路板沉铜后进行一次铜电镀时,作

   杨智勤 倪超 陆然 张曦 田瑞杰

  (深南电路有限公司,广东深圳518117)

  摘要:针对印制电路板沉铜后进行一次铜电镀时,作为阴极的电路板的电镀初期的过程进行研究并阐明其发生机理。

  关键词:电镀;阴极;初始过程;机理

  中图分类号:TN41文献标识码:A文章编号:1009-0096(2012)02-0020-02

  1·前言

  随着电子设备的多功能化和小型化的飞速发展,电子设备的主要结构件印制电路板,其设计更趋向高密度、高精度、高可靠和窄间距、细线条、微孔化方向发展[1]。电镀铜作为其实现孔金属化互联的关键制程之一,其制程控制显得尤为重要。然而,更为重要的是弄清其失效的产生机理。

  2·问题背景

  笔者负责的全板电镀线,生产工艺成熟,品质稳定。然而过程监控偶有发现电镀后孔铜偏薄现象,出现概率虽低,但作为制程异常警示,笔者对其深入跟进分析,推断产生此现象的原因为电镀初期的阴极过程影响所致。以下笔者通过实验来验证推断的正确性。

  3·提出并验证产生机理

  笔者推断原因为:电镀的初期一段时间内,包含两个过程:

  (1)过程1是修补沉铜层缺陷的过程,此阶段对铜厚增长无明显贡献。

  众所周知,沉铜层覆盖的完整性是以背光级数来衡量的。图1为典型的背光级别图。

  理想的状况是10级,实际生产中做到的难度则很大。业界多数以8.5级以上为允收范围,这就决定了沉铜层空洞缺陷存在的必然性,也客观上决定了电镀初期的第一个过程。在第一个过程完成之后,背光已经达到比较高的水平,此时铜厚增长的过程才真正开始。

  为验证这个过程,笔者实施如下实验进行验证:将一片背光试片除胶、沉铜,并刻意将其做成背光不良的状况,实测为7级。然后将此试片在哈林槽中分别电镀3 min、5 min后再观察背光状况,结果如图2。

    实验结果显示,随着电镀的进行,3 min时背光已经达到9级,至5 min时背光已经达到10级,说明这时孔壁已经完全被铜层覆盖—原先孔壁背光不良处已完全被电镀铜层修复了。

  (2)过程二是缺陷修补完成后开始的正常电镀过程,铜厚增长开始显现。

  为验证此点,进行下述实验:实验设备:标准哈林槽、12V DC整流机、磷铜阳极。实验条件:阴极电流密度Dk=15ASF,电镀时间依次为5 min,10 min,20 min,30 min,40 min,50 min,60 min。实验方法:用双面无铜之基材板,正常除胶沉铜后,在哈林槽中模拟生产板之条件,进行逐次分段电镀,然后切片分析各次镀铜厚度与其电镀时间之对应关系。实验完成后切片分析各次铜层厚度与其电镀时间之对应关系。数据如下表1。铜厚与时间关系如图3:

  整体来看,铜厚与时间呈良好的线性关系,其回归方程式为:y=0.3545x-0.00262y——电镀铜厚,x——时间。(S=0.0649860R-Sq=100.0%R-Sq(调整)=100.0%)但5 min时的铜厚却不服从这个关系——比从线性关系预期的铜厚要低。为什么在电镀初期的一段时间内,铜厚的增长没有后期快呢?根据机理第1点,初始的5 min时间里,有部分时间是在进行沉铜层缺陷的修复,并没有完全用在铜厚的增长上。此阶段完成后,铜厚才开始呈线性增加,如图3。

  实际生产过程中,亦有事实可证明以上机理。图4单点铜薄是典型的例子,孔壁沉铜层固有的缺陷导致此结果。

  所以,通过以上实验证明了电镀初期所经历的阴极过程。正是因为此过程的存在,使得有部分时间浪费在过程1,真正用于铜厚增长的时间打了折扣,结果自然是铜薄了。

  4·结语

  本文通过实验有力证明了机理的正确性,顺理成章地解释了电镀后偶有的孔铜偏薄现象,同时揭示了沉铜与电镀铜之间存在的必然联系,也显示了实现孔金属化功能的沉铜制程的极其重要性。在传统的采用沉铜+全板电镀的工艺中,通过本机理,尚可进行沉铜层缺陷的修复,但仍存在铜薄的隐患,在采用其他工艺,比如在沉厚铜+图形电镀时,沉铜层的缺陷会被图形转移和图形电镀前处理加以放大,轻则形成孔破,重则孔内无铜,在填盲孔工艺中,沉铜层的缺陷影响尤为显著,造成盲孔凹陷度超标甚至于漏填都是有可能的。因此,沉铜层品质之重要性不言而喻,加强沉铜制程品质管控,势在必行。

  参考文献

  [1]中国PCB技术网.PCB技术网文章精选V2.0.电路图形转移材料的演变,2003.

  第一作者简介

  杨智勤,从事PCB和Substrate技术开发与管理工作。

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