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雜物對PCB小孔質(zhì)量的影響

發(fā)表時間:2020-07-22

高科技發(fā)展,人們需要性能高、體積小、功能多的電子產(chǎn)品,促使印制線路板制造也向輕、薄、短、小發(fā)展,有限空間,實現(xiàn)更多功能,布線密度變大,孔徑更小。自1995 年至2005 年間,機械鉆孔批量能力最小孔徑從原來0.4mm 下降到0.2mm,甚至更小。金屬化孔孔徑也越來越小。層與層間互連所依賴的金屬化孔,質(zhì)量直接關(guān)系印制電路板可靠性。隨著孔徑的縮小,原對較大孔徑?jīng)]影響的雜物,如磨刷碎屑、火山灰,一旦殘留在小孔里面,將使化學沉銅、電鍍銅失去作用,出現(xiàn)孔無銅,成為孔金屬化的致命殺手。孔化失效將使層間互聯(lián)失效,藥水控制不良成因及影響業(yè)界已多有文章論述,本文不再述。以下從日??刂品e累的細小雜物對金屬化孔影響,與大家共享。 
 
雜物對PCB小孔質(zhì)量的影響
 
一、孔化機理 
 
 鉆頭在敷銅板上先打孔,再經(jīng)過化學沉銅,電鍍銅形成鍍通孔。二者對孔金屬化起著至關(guān)重要的作用。 
1、化學沉銅機理: 
 在雙面和多層印制電路板制造過程中,都需要對不導電的裸孔進行金屬化,亦即實施化學沉銅使其成為導體?;瘜W沉銅溶液是一種催化式的“氧化/還原”反應體系。在Ag、Pb、Au、Cu 等金屬粒子催化作用下,沉積出銅來。 
2、電鍍銅機理: 
 電鍍定義是利用電源,在溶液中將帶正電的金屬離子,推送到位在陰極的導體表面形成鍍層。電鍍銅是一種“氧化/還原”反應,溶液中的銅金屬陽極將其表面的銅金屬氧化,而成為銅離子。另一方面在陰極上則產(chǎn)生還原反應,而令銅離子沉積成為銅金屬。兩者皆通過藥水交換,化學作用達到孔化目的,交換效果好壞直接影響孔化質(zhì)量。 
 
二、雜物塞孔 
 
 在長期生產(chǎn)控制過程中,我們發(fā)現(xiàn)當孔徑達到0.15-0.3mm,其塞孔的比例遞增30%。 
 
1、孔形成過程中的塞孔問題: 
 印制電路板加工時,對0.15-0.3mm 的小孔,多數(shù)仍采用機械鉆孔流程。在長期檢查中,我們發(fā)現(xiàn)鉆孔時,殘留在孔里雜質(zhì) 
以下為鉆孔塞孔的主要原因: 
 當小孔出現(xiàn)塞孔時,由于孔徑偏小,沉銅前高壓水洗、化學清洗難以把小孔里面的雜物去除,阻擋化學沉銅過程中藥水在孔里的交換,使化學沉銅失去作用。 
 鉆孔時根據(jù)疊層厚度選用合適鉆嘴、墊板,保持基板清潔,不重復使用墊板,有效的吸塵效果(采用獨立的吸塵控制系統(tǒng))是解決塞孔必須考慮的因素。 
 
2、調(diào)整金屬表面狀態(tài)過程中的塞孔問題: 
 為滿足當今苛刻的技術(shù)要求和印制電路板向高密度、細線路發(fā)展的需求,沉銅、干膜前對板面進行有效的表面處理,提高結(jié)合力,是極為關(guān)鍵的流程。多數(shù)廠家采用去毛刺、清潔、拋光和研磨等手段來調(diào)整金屬表面狀態(tài)。此幾種表面處理方式使用的磨料和輔料的種類,對小孔塞孔起著關(guān)鍵作用。 
 
2.1 磨料塞孔問題: 
 去毛刺、清潔、拋光和研磨都必須使用到磨刷,磨刷在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生磨料殘留物,如果殘留物大小與小孔孔徑接近,將出現(xiàn)小孔塞孔問題。采用不織布磨刷,對金屬表面處理效果較好,但此種類型磨刷在磨板過程中存在不織布脫落,而且脫落的不織布大小不一,一旦殘留在小孔里面,采用高壓水洗無法去除。 
 結(jié)論:不織布磨刷磨板,不織布刷毛存在脫落塞孔問題,目數(shù)越小問題比例越高。且都是高壓水洗無法去除,換成其它類型磨刷,則塞孔問題可避免,而且能夠有效去除鉆孔孔邊毛刺等缺陷。 
 量體裁衣,根據(jù)產(chǎn)品的特性選用合適的磨刷。是小孔金屬化的重要保證。 
 
2.2 火山灰塞孔: 
 保證干膜與基板表面牢固的粘附,要求基板表面無氧化層、油污、指印及其它污物,無粗糙鍍層。增大干膜與基板表面的接觸面積,還要求基板有微觀粗糙的表面。達到上述兩項要求,貼膜前要對基板進行認真處理,而且現(xiàn)代電路設(shè)計要求越來越細的線寬和間距,滿足板件特性要求,因此發(fā)展了火山灰刷板機?;鹕交曳鬯鍣C是將火山灰粉懸濁液噴到板面上用尼龍刷進行擦刷,其加工主要有以下五個流程: 
  a.尼龍刷與火山灰粉漿液相結(jié)合進行擦刷; 
  b.刷洗除去板面的火山灰粉; 
  c.高壓水洗; 
  d.水洗; 
  e.干燥。 
火山灰粉刷板機處理板面有如下優(yōu)點: 
  a.磨料火山灰粉粒子與尼龍刷相結(jié)合的作用與板面相切擦刷,能除去所有的污物,露出新鮮的純潔的銅; 
  b.能夠形成完全砂粒化的、粗糙的、均勻的、多峰的表面,沒有耕地式的溝槽; 
  c.由于尼龍刷的作用緩和,表面和孔之間的連接不會受到破壞; 
  d.由于相對軟的尼龍刷的靈活性,可以彌補由于刷子磨損而造成的板面不均勻的問題; 
  e.由于板面均勻無溝槽,降低了曝光時光的散射,從而改進了成像的分辨率。 
  A、對于孔徑為0.3mm,“FFF”型號火山灰磨板后有2 個孔出現(xiàn)塞孔,“FFFF”不存在有塞孔問題。經(jīng)過試驗,確認當火山灰粒子尺寸比加工板件孔徑≤3mil 能夠有效防止火山灰塞孔。 
  B、對于孔徑為0.25mm、0.2mm、0.15mm 火山磨板后,兩種火山灰都出現(xiàn)塞孔,但“FFFF”塞孔比例明顯低于“FFF”火山灰。而且隨著孔徑縮小,“FFF”塞孔比例明顯上升,但“FFFF”火山灰,塞孔仍保持在低比例。 
  C、磨板過程中火山灰殘留在小孔里面,經(jīng)過后制程高壓水洗,仍無法解決火山灰的塞孔問題。導致小孔鍍不上銅、鉛錫,蝕刻后出現(xiàn)孔無銅問題。 
  根據(jù)孔徑大小,選擇合適的火山灰類型是保證小孔質(zhì)量的另一個重要因素。 
 
三、結(jié)論 
  隨著PCB尺寸不斷減小,孔徑不斷縮小,布線密度不斷提高,板件加工技術(shù)要求進一步提高,過去輕忽或認為不重要的部分,現(xiàn)在都成為關(guān)鍵及重要的影響,必須深入研究板件特性和加工過程中每一個環(huán)節(jié),加以改進,提高。

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