印制線路板假正片孔內無銅的原因分析

陳世金， 徐 緩， 鄧宏喜， 楊詩偉， 韓志偉

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州514768）

0 前言

近年來，隨著消費類電子產品的飛速發展，印制線路板不斷向輕薄短小、多功能化、高密度化和高可靠性的方向發展。由于印制線路板的布線空間有限，使得孔與孔、線與線和線與孔的設計距離逐漸逼近“極限化”，傳統的負片、酸蝕工藝已經不能滿足線路的制作要求，催生了正片（或假正片）工藝。

通常所說的正片電鍍工藝就是在PTH（化學沉銅）后預電鍍一層薄的銅層，然后進行圖像轉移得到“正片”效果，再進行圖形電鍍銅／錫、去抗蝕劑和蝕刻，最終得到所需的正像電路圖形［1］。假正片電鍍工藝則是在PTH后直接將銅層鍍至所需的厚度，但又不采用“負片”效果和酸蝕工藝，而是仍然進行圖像轉移得到“正片”效果，只是在圖形電鍍中僅鍍錫，后面的制作與正片電鍍工藝的完全相同。

1 工藝流程

為了讓大家對正片電鍍工藝和假正片電鍍工藝有一個更加清楚的了解，下面分別對這兩種工藝的流程進行介紹。

在工藝流程上兩者存在一定的區別。假正片工藝流程由于其特殊性，在制作過程中有與正片工藝流程不同的控制點，會出現不同的品質異常。

2 問題分類

2.1 前制程

2.1.1 鉆孔不良

高端高密度互連板的制作流程較長，需要經過幾十道工序才能完成，每一道工序的控制都相當重要，稍有不當就有可能造成板子出現品質隱患或報廢。假正片板子的制作也不例外，在鉆孔時由于板材特性和鉆孔參數的影響，會造成各種各樣的缺陷，如堵孔、孔損、孔粗等。在后面的制程處理中一般很難將這些缺陷完全“彌補”掉，這樣會影響鍍錫時藥液的交換，甚至是直接阻斷藥水的流通，出現孔內無銅的問題，如圖1所示。

圖1 鉆孔不良引起的孔內無銅

這類異常的改善主要是從板材、鉆孔參數和生產操作等方面入手，如板材的性能評估、鉆孔參數的設定、生產疊板的塊數和鉆咀壽命控制等。

2.1.2 顯影不良

假正片板子在進行圖形轉移的過程中，需要經過顯影液的處理才能得到所需的圖像。在顯影過程中由于顯影參數或設備問題，會造成顯影不凈、膠膜殘留或堵孔等。這些異常也會使板子在電鍍錫的過程中出現阻鍍現象，即鍍不上錫。在經過退膜和蝕刻后阻鍍部分的銅層就會被蝕刻掉，引起孔內無銅，如圖2所示。

圖2 顯影不良引起的孔內無銅

為證實孔內阻鍍部分有膠膜或殘膠存在，做了EDS分析。結果表明：此處碳的質量分數高達12%，說明有大量有機物，證明了油墨、干膜等殘留。由于電鍍過程中的強酸會和顯影物質（碳酸鈉）發生反應，故排除了碳酸鈉的存在。根據產生原因，主要從抗鍍物質、顯影參數和設備維護等方面進行改善，如采用油墨作為抗鍍層時要注意烤板參數、顯影參數的設定等，還要注意孔太小的板子也不宜選擇油墨作為抗鍍層。

2.1.3 樹脂塞孔不良

由此原因引起的孔內無銅問題是最常見的。由于大多數板子走假正片工藝流程時都是選擇樹脂塞孔的，所以對樹脂塞孔過程的控制會影響假正片電鍍的效果。其實，樹脂塞孔不良控制的一個重要方面就是塞孔飽滿度。如果所需要塞樹脂的通孔沒有被完全塞滿，就會形成一個或兩個“盲孔”。“盲孔”較深時，就有可能超出鍍錫的深鍍能力，造成“盲孔”鍍不上錫或錫層很薄，在蝕刻的時候會將此處的銅層蝕刻掉，如圖3所示。

圖3 樹脂塞孔不良引起的孔內無銅

針對由此類異常引起的孔內無銅問題，從樹脂塞孔制程的參數、操作等方面改進，如塞孔時的壓力、刮刀角度、調油攪拌等。樹脂磨板時也要注意不能將壓力設定過大，以免引起孔口銅損或偏薄，造成電鍍錫時的導通性障礙。

2.2 鍍錫制程

2.2.1 深鍍能力不足

由于設備特點和鍍錫添加劑等決定了鍍錫的深鍍能力和均勻性，一旦板子設計得較厚、孔徑較小時，有可能其深鍍能力無法滿足要求而造成孔內無銅。有盲孔的高密度互連板對鍍錫的深鍍能力要求更高，生產前必須對其深鍍能力進行測試和評估。通常情況下，鍍錫的深鍍能力是比較高的，個別情況下會出現通孔或盲孔的縱橫比過大而引起孔內無銅問題，如圖4所示。

圖4 深鍍能力不足引起的孔內無銅

電鍍的深鍍能力一般是在設計設備時就已經確定了，添加劑也會起到一定的促進作用，因此，改善鍍錫的深鍍能力需要從設備改造、添加劑的選擇和工藝維護等方面進行。

2.2.2 參數控制不合理

本文所說的參數包括鍍錫時的電流參數、藥液及周邊設備等幾個方面。一般來說，為保證盲孔底部的鍍錫效果，對于有盲孔的板通常采用“小電流、長時間”方式進行。如果鍍錫的電流密度過低或時間太短也是不行的，會引起鍍錫層偏薄或致密性不良等異常，不能起到很好的抗蝕效果，從而造成孔內無銅，如圖5所示。

圖5 鍍錫偏薄引起的孔內無銅

在電鍍錫的過程中，周邊設備對鍍錫的效果產生較大的影響，如循環、搖擺、振動等對加強藥水交換、趕走孔內氣泡等有很大的幫助。如果這些周邊設備異常或達不到所需要的效果，就會影響鍍錫的效果，甚至會造成孔內無銅。對于孔徑較小的孔內氣泡，如果周邊設備運作不正常是很難保證將其全部趕走的。氣泡在孔中間形成對稱性阻鍍層，使藥水無法通過或不能順暢交換，造成該孔的中間鍍錫層偏薄或鍍不上錫，如圖6所示。

圖6 孔內氣泡引起的孔內無銅

2.2.3 操作及維護

在電鍍錫的過程中，操作員的操作方法、對異常情況的處理等不正確，也會導致孔內無銅問題的出現［2］。另外，對于鍍錫后水洗的流量控制也是要引起重視的。由于鍍錫層在酸性較強的條件下會出現溶錫問題，因此，在鍍錫后對水洗的流量、pH值都要加以控制，一般要求二級水洗的pH≥5。

由于鍍錫液的穩定性較差，主要是Sn2＋容易被氧化和水解，鍍液變得渾濁。與此同時，Sn2＋的質量濃度下降會導致鍍層質量下降和SnSO4的浪費［3］。因此，要最大限度地防止Sn2＋水解，定期做好工藝維護，同時要保證鍍錫液中硫酸的質量濃度保持穩定。有關酸性鍍錫體系的渾濁和穩定性控制等問題在文獻［4-5］中已有報道，在此不做贅述。

2.3 其他

由于鍍錫后的板子會有大量的水和少量的酸液殘留在板面或孔內，在停放時間過久或環境較為惡劣（如酸性大、濕度大等）的情況下，會出現錫層溶錫或氧化等問題。因此，一般要求在完成鍍錫后的4h內做完蝕刻，特殊類型（如電鍍錫后需要鑼半槽的板）也要盡量控制在8h內完成蝕刻。

需要進行其他制程（如鑼半槽或二次鉆孔等）的板，除了在時間上進行控制外，還要對這些制程的操作進行嚴格控制。由于錫層主要起抗蝕作用，其厚度只有7μm左右，如果操作時損傷錫面，錫層在蝕刻時就起不到很好的保護作用，造成蝕刻藥液沿錫面縫隙進入銅層，從而傷及銅層，嚴重時銅層會被蝕刻掉。

3 結語

隨著印制電路板技術的飛速發展，輕薄化、精細化的趨勢日益明顯，假正片電鍍工藝中出現孔內無銅的原因逐漸增多。改善此類問題需要從掌握其工藝核心技術和工藝原理入手，從失效產生的機制進行分析、試驗和證實。同時，需要落實改善措施并監督執行情況，不斷積累和總結經驗，才能對孔內無銅問題進行有效的控制。

［1］張懷武，何為，林金堵.現代印制電路原理與工藝［M］.北京：機械工業出版社，2010：55-80.

［2］陳世榮.印刷電路板孔內無銅產生原因的研究［J］.廣東工業大學學報，2002，19（4）：86-89.

［3］孟躍輝.酸性鍍錫鍍液穩定性及鍍層可焊性等性能研究［D］.北京：北京有色金屬研究總院，2006.

［4］黃思玉.錫鈰合金電鍍工藝的改進［J］.電鍍與涂飾，1999，18（2）：70-71.

［5］陳華茂，吳華強.一種多功能鍍錫添加劑鍍液性能的研究［J］.安徽師范大學學報：自然科學版，2001，24（3）：269-270.