印制電路板通盲孔同鍍

陳劍紅

摘 要：隨著HDI印制電路板產品市場的需求越來越大，電路板的通孔及盲孔的制作技術有待提高的必要。高密度，小微孔板的設計需要利用盲孔、埋孔和通孔的結構來將層與層之間相連接。制作工廠一般是先處理盲孔電鍍填銅后，再進行通孔的電鍍。工藝流程過于復雜，需要經過兩次電鍍工序才能完成，對于需求高量產的制作工廠來說，這種工序嚴重浪費工時。文章為改善這一困難，試驗了將通孔和盲孔一次性制作，以達到降低生產成本，提高產品品質和縮短生產周期的效果。

關鍵詞：高密度電路板；盲孔；通盲孔同鍍；降低成本

中圖分類號：TN405 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0102-03

Abstract： With the increasing demand of HDI printed circuit board product market， it is necessary to improve the through hole and blind hole manufacturing technology of circuit board. The design of high density， small hole plate needs to use the structure of blind hole， buried hole and through hole to connect layer to layer. The manufacture factory usually processes the blind hole electroplating to fill the copper first， and then carries on the through hole electroplating. The process is too complex and requires two electroplating processes to be completed， which is a serious waste of time for manufacturing plants that require high volume production. In order to improve this difficulty， this paper tests that the through hole and blind hole can be made in one time， so as to reduce the production cost， improve the product quality and shorten the production period.

Keywords： high density circuit board； blind hole； through blind hole same plating； reduce cost

1 概述

電路板的通孔電鍍和盲孔填銅工藝是經過兩次電鍍制成，電鍍產線一直是高密度電路板的難產工序，產能及員工工時嚴重被浪費。用脈沖電流結合水平電鍍線設備和垂直連續電鍍設備來制作通孔的電鍍和盲孔的填銅工藝。試驗通盲孔同時電鍍是先在水平電鍍線上預先鍍上5～8μm的銅厚，再一同做盲孔填銅的工序。脈沖電鍍相對普通電流電鍍來說具有導電性能好、耐腐蝕性、及易于焊接等優勢。

水平脈沖電鍍中影響超等角沉積的主要因素是電鍍液體中的成分：有機添加劑載運劑、光亮劑及整平劑。整平劑的作用是置換高電流密度區的光亮劑，降低電鍍速率以達到平衡電鍍速度的效果。抑制劑可與氯離子產生共同作用被吸附在陰極表面來降低電鍍速率。在機添加劑的推動下周期反向脈沖電鍍完成盲孔電鍍填孔（38-46um）。電鍍液體通過高速的循環泵循環，便于鍍液在板面上均勻流動，以達到電流平衡的作用。

2 實驗

2.1 實驗原料及儀器設備

原材料：1/3OZ的銅箔，含膠量為57%的半固化片，氧化銅粉，雙氧水（30%），硫酸（98%），有機添加劑光亮劑，整平劑抑和制劑等。

儀器設備：水平脈沖電鍍線設備，垂直連續電鍍線設備，金相顯微鏡，AOI自動光學檢測設備，焊錫爐，回流焊。

2.2 實驗過程

在同鍍的測試板中，制作盲孔的填銅電鍍缸內需要放置高銅低酸鍍液，制作通孔的缸內需要放置高酸低銅鍍液。為試驗在同一時間進行通孔電鍍和盲孔填銅的電鍍，故采用了特殊的電鍍工藝流程，調整不同的藥水配方。

具體的流程如下：開料→內層線路→內層蝕刻→AOI掃描→棕色氧化→壓合→激光鉆孔→機械鉆孔→整板電鍍→外層線路→外層蝕刻→AOI掃描→后工序。

電鍍是本次試驗的重要工序，具體工藝流程是在水平脈沖電鍍的基礎上加上垂直連續電鍍，即先水平電鍍線上將通孔和盲孔預先鍍上5～8μm的銅厚，再將電路板一同在垂直連續電鍍線上做通孔的孔壁鍍銅和盲孔孔徑的填銅。電鍍設備上的垂直電鍍需由陰極的移動再加上空氣攪拌的幫助來完成，但這種舊方式還不能在電鍍的同時將盲孔的孔徑填滿銅。所以，為了制成垂直連續電鍍線的設備，在原電鍍線的基礎上安裝了高速循環泵的設置，另外又在陰極的兩側多加兩排噴射管來達到效果。

3 分析與討論

水平電鍍線上將通孔和盲孔預先鍍上5～8μm銅厚的各個工藝參數已接近穩定，已不需再進行特別試驗。這次試驗主要是在同鍍過程中所采用的垂直連續電鍍線設置，需要在該設備的鍍銅缸中調整各種電鍍液體的比例，具體如下，有機添加劑抑制劑：整平劑：光亮劑=49：13：1。需重點考慮主要影響的因素有電流密度、電鍍時間、線速和泵浦頻率。在優化試驗的方案上，設計了正交試驗，查看如下表1，在表格數據中選取符合要求的最好參數組合。

對于盲孔填銅的凹陷值和電鍍孔銅厚度作為這次試驗的分析結果。生產試驗了共6塊測試板，在每塊板上切取28個切片使用顯微觀察進行分析對比，得到一定的規率，當通孔和盲孔同時電鍍時一般是盲孔有較大的凹陷率，而通孔的孔銅接近品質要求。根據對比觀察而發現：當通孔和盲孔的間距越小時，則同鍍的效果越差。

查看表2方差分析的表結果，泵浦頻率和電流密度對指數影響程度為97.9%及98.7%，說明顯著的影響因素是泵浦頻率和電流密度；線速對數據影響程度為94.5%，此時線速是具有一定的影響因素；電鍍時間對數據造成的影響程度為64%，說明電鍍時間對此影響不大。從以上數據得知對盲孔填銅陷值影響最小的組合：電流密度->泵浦頻率->線速->電鍍時間。

通過對試驗板做了性能的測試，重點是檢查通孔和盲孔同鍍后兩種孔的孔徑及孔銅是否符合品質要求。參看圖1所示，是從測試板上做切片得到的熱應力測試的結果切片圖。

上圖1的熱應力測試圖中檢查出，受測試的電路板均符合IPC-A-600G的檢驗標準要求：層與層之間沒有出現爆板，壓合后沒有起白點及起泡等不良現象。

測試樣板經過三次，每次10秒最高溫度為260℃的回流焊測試后符合品質檢測的要求：內層連接的位置沒有分離，沒有孔角位裂開的痕跡，沒有孔壁鍍銅斷裂等不良情況。

4 結論

通過這次試驗得出了有效的工藝結果，將通孔的孔壁鍍銅和盲孔孔徑的填銅的工序同一時間電鍍制成。重點研究了使用水平脈沖電鍍線設備將盲孔的孔徑填上銅的方案，試驗得出脈沖電流的密度、線速、泵浦頻率、電鍍的時間和通孔與盲孔之間的間距影響了通孔電鍍和盲孔填銅同鍍的效果。通過試驗分析優化電鍍參數，結合了特殊的電鍍制作工藝得出：電路板在有通孔的孔徑0.208mm、0.254mm、0.3mm；盲孔孔徑有0.15mm、0.127mm、0.1mm和0.08mm，通孔和盲孔間距在0.15mm和0.2mm設計里，其同鍍的效果都符合品質檢驗要求。相對原有的先填平孔銅再鉆通孔后電鍍的流程來說，通孔電鍍和盲孔填平銅一同電鍍完成的這一工藝有效降低了HDI板的生產成本，減少工藝流程，縮短生產周期，有效改善生產品質，提高準時交貨率。

參考文獻：

[1]李雪.高密度互連用環氧樹脂基覆銅板體系成型工藝的研究[D].蘇州大學，2011：1-69.

[2]強亮生.電鍍添加劑與電鍍工藝[M].北京：中國表面工程出版，2011：1-256.

[3]宮曉靜.高頻脈沖電鍍鎳鈷合金機械性能的研究[D].北京：北京交通大學，2007：1-51.

[4]王慧秀，何為，等.高密度互連（HDI）印制電路板技術現狀及應用前景[J]，世界科技研究與發展，2006（4）：14-19.

[5]陳正浩.電子裝聯可制造性設計[J].2006，27（3）：177-180.

[6]紀成光，陳立宇，袁繼旺，等.電子工藝技術[J].2011，32（2）：90-94.

[7]Mark Lefebvre， George Allardyce， Masaru Seita， et al. Copper electroplating technology for microvia filling[J].Circuit World，2003（29）：9-16.

[8]林金堵.中國PCB行業狀況與挑戰[J].印制電路信息，2007（1）：16-19.