Technologie PCB - Comment assurer un rapport d'aspect élevé et une conductivité de petite ouverture

Lorsque le diamètre du trou traversant devient petit et que le rapport épaisseur - diamètre devient de plus en plus élevé, il devient plus difficile d'assurer un bon recouvrement métallique dans le trou. Il est également très difficile d'assurer l'uniformité du métal dans les trous et de protéger le métal dans les trous contre la gravure lors du placage du motif et du Masquage et de la gravure ultérieurs. Cet article énumère les nombreuses causes de cavités dans la couche de cuivre traversante, discute de la façon d'identifier les problèmes potentiels et formule des recommandations pour le processus de production afin de les éviter.

Les trous dans la couche conductrice dans les Vias sont dus à des causes différentes et présentent des caractéristiques différentes, mais une chose est commune, c'est que la couche conductrice dans les trous est insuffisamment ou pas recouverte de métal. En théorie, ce problème est causé par deux situations: un dépôt insuffisant de métal ou, après avoir déposé une quantité suffisante de métal, une partie du métal est perdue pour une raison quelconque. Un dépôt insuffisant de métal peut être dû à des paramètres de placage inappropriés tels que la composition chimique du placage, le mouvement de la cathode, le courant, la distribution de la densité de courant ou le temps de placage, etc. cela peut également être dû à des corps étrangers sur la surface des trous qui empêchent le dépôt de métal, tels que des bulles d'air, de la poussière, des fibres de coton ou des films organiques, ainsi que de la saleté. Si la surface de la paroi du trou n'est pas traitée correctement, ce qui ne favorise pas le dépôt du placage, cela peut également entraîner un mauvais dépôt de métal, tel que des trous de forage rugueux, la formation de fissures ou de « cercles roses». Le cuivre "mange" du via peut être dû à des facteurs chimiques tels que la gravure, ou à des mécanismes tels que le soufflage de trous, les fissures ou l'écaillage de la couche déposée.

Cet article analyse les défauts et les causes dans l'ordre des étapes du processus de métallisation des trous traversants afin d'étudier où le problème peut se produire et les étapes qui conduisent à l'apparition de trous dans les trous. Et s'appuie sur des facteurs utiles pour l'analyse et la résolution de problèmes classiques, tels que l'identification de la forme et de la position de la cavité, et indique les moyens de corriger le problème.

1. Facteurs pouvant provoquer l'apparition de vides dans les trous lors des étapes de métallisation précédentes:

A. forage

Un foret usé ou d'autres paramètres de forage inappropriés peuvent déchirer la Feuille de cuivre et la couche diélectrique et former des fissures. La fibre de verre peut également être déchirée plutôt que coupée. Que la Feuille de cuivre se déchire ou non de la résine dépend non seulement de la qualité du forage, mais aussi de la force de liaison de la Feuille de cuivre et de la résine. Un example typique: la liaison entre la couche d'oxyde et le préimprégné dans une plaque multicouche est généralement plus faible que la liaison entre le substrat diélectrique et la Feuille de cuivre, de sorte que la majeure partie de la déchirure se produit à la surface de la couche d'oxyde sur la plaque multicouche. Dans la plaque d'or, la déchirure se produit sur le côté le plus lisse de la Feuille de cuivre, à moins qu'une "feuille de cuivre traitée à l'envers" (feuille traitée à l'envers) ne soit utilisée. La surface oxydée n'est pas fermement liée au préimprégné et peut également entraîner des « cercles roses» Pires, où la couche d'oxyde de cuivre se dissout dans l'acide. Les parois de trous rugueux ou les parois de trous rugueux avec des cercles roses peuvent provoquer des vides dans les joints multicouches appelés trous de coin ou trous d'air. La « fosse cunéiforme » est initialement située à l’interface articulaire. Le nom signifie également: la forme est comme un "Coin", qui se rétracte pour former une cavité qui peut généralement être recouverte d'un placage. Si une couche de cuivre recouvre ces rainures, il y aura généralement de l'humidité derrière la couche de cuivre. Dans les processus ultérieurs, tels que le nivellement de l'air chaud et le traitement à haute température, l'évaporation de l'humidité (humidité) et les vides de coin apparaissent souvent simultanément. Selon l'emplacement et la forme, il est facile d'identifier et de distinguer d'autres types de cavités.

B. décontamination / gravure

L'étape de décontamination est l'élimination chimique de l'huile de résine sur la couche interne de cuivre. Cette sensation grasse est initialement causée par le forage. La gravure est un approfondissement supplémentaire de la décontamination, c'est - à - dire l'élimination de plus de résine, permettant au cuivre de « sortir» de la résine et de former une « liaison à trois points» ou une « liaison à trois faces» avec la couche de cuivre plaquée pour améliorer la fiabilité des interconnexions. Le permanganate est utilisé pour oxyder la résine et la "graver". Tout d'abord, la résine doit être expansée pour faciliter le traitement au permanganate. L'étape de neutralisation permet d'éliminer les résidus de manganate. La Gravure des fibres de verre utilise différentes méthodes chimiques, généralement de l'acide fluorhydrique. Une décontamination inappropriée peut conduire à deux types de cavités: la résine grossière qui adhère aux parois des trous peut contenir un liquide, ce qui peut provoquer des « trous de soufflage». L'encrassement résiduel de la couche interne de cuivre peut entraver une bonne liaison entre le cuivre et le revêtement de cuivre, ce qui entraîne un « décollement de la paroi du trou» (décollement de la paroi du trou), etc., comme dans le traitement à haute température ou les tests connexes, où le revêtement de cuivre se sépare de la paroi du trou. La séparation de la résine peut provoquer la chute des parois des trous et créer des fissures et des vides sur la couche de cuivre plaquée. Si le résidu de manganate de potassium n'est pas complètement éliminé lors de l'étape de neutralisation (5 pour être exact lorsqu'il est dans la réaction de réduction), il peut également provoquer des vides. La réaction de réduction utilise généralement un agent réducteur tel que l'hydrazine ou l'hydroxylamine.

C. Étapes catalytiques avant cuivrage chimique

L'inadéquation entre décontamination / gravure / cuivrage chimique et l'optimisation insuffisante des différentes étapes sont également des problèmes à prendre en compte. Ceux qui ont étudié les vides dans les trous sont fortement d'accord avec l'intégrité uniforme du traitement chimique. La séquence traditionnelle de prétraitement du cuivre coulé est le lavage, l'ajustement, l'activation (catalyse), l'accélération (Après activation), puis le lavage de nettoyage (lixiviation), le pré - trempage, qui est parfaitement conforme au principe de murpiy. Par example, des agents conditionneurs, des électrolytes polyester cationiques sont utilisés pour neutraliser les charges négatives sur les fibres de verre et doivent être utilisés correctement pour obtenir les charges positives souhaitées: trop peu de modificateurs, mauvaise couche d'activation et mauvaise adhérence; Trop de modificateur peut former un film mince, ce qui entraîne un mauvais dépôt de cuivre; Par conséquent, la paroi du trou est tirée vers le bas. Le régulateur n'est pas suffisamment couvert et apparaît le plus probablement sur la tête de verre. En métallographie, l'ouverture du vide se manifeste par une mauvaise couverture de cuivre sur la fibre de verre, ou par l'absence de cuivre. D'autres causes provoquent l'apparition de vides dans le verre. Les causes sont: gravure insuffisante du verre, gravure excessive de résine, gravure excessive du verre, catalyse insuffisante ou mauvaise activité des cuves en cuivre. D'autres facteurs influençant la couverture de la couche active de PD sur les parois des pores sont: la température d'activation, le temps d'activation, la concentration, etc. Si la cavité est sur la résine, il peut y avoir les raisons suivantes: résidus de manganate dans l'étape de purification, résidus de plasma, régulation ou activation insuffisante et faible activité du bain de cuivre.

2. Trous creux liés au cuivre plaqué chimiquement

Lors de l'examen des trous dans les trous, assurez - vous de vérifier s'il y a des problèmes avec le placage chimique, ainsi que de vérifier les cuves de prétraitement pour le placage chimique du cuivre et de couvrir les problèmes courants avec le placage chimique du cuivre, le placage du cuivre et le placage du plomb / étain. D'une manière générale, on comprend que les bulles d'air, les matières solides (poussières, coton) ou organiques visqueuses, les films secs peuvent entraver le dépôt du liquide de placage ou d'activation. Les mousses sont les bienvenues, il y a des mousses produites à l'extérieur et à l'intérieur. Parfois, des bulles étrangères peuvent entrer dans les fentes ou les trous traversants lorsque la carte oscille. Les bulles intrinsèques sont causées par l'hydrogène produit par la réaction dans une solution de précipitation chimique du cuivre, ou par l'hydrogène produit par la cathode dans une solution de placage, ou par l'oxygène produit par l'anode. Les pores créés par les bulles ont leurs propres caractéristiques: ils sont généralement situés au Centre du trou et sont répartis symétriquement en métallographie, c'est - à - dire sans cuivre à l'intérieur d'une paroi de même largeur. S'il y a des bulles à la surface de la paroi du trou, de petites fosses apparaîtront et les trous environnants seront pointus. La forme des cavités causées par la poussière, le coton ou les films d'huile est extrêmement irrégulière. Certaines particules qui empêchent le dépôt de placage ou d'activation sont également enrobées de métal plaqué. Les particules non organiques peuvent être analysées par edX et les matières organiques peuvent être détectées par FTIR.

La recherche sur l'évitement de la rétention des bulles a été assez approfondie. Il existe de nombreux facteurs qui influencent l'entrée des bulles dans le trou: l'amplitude de l'oscillation du Mouvement de la cathode, l'espacement entre les plaques polaires, l'oscillation des vibrations, etc. le moyen le plus efficace d'empêcher les bulles d'entrer dans le trou est les vibrations et les collisions. Il est également important d'augmenter l'espacement entre les plaques et la distance de déplacement de la cathode. L'agitation de l'air dans les cuves de décantation cuivrées chimiquement et les chocs ou les vibrations des cuves activées sont presque inutiles. En outre, il est important d'améliorer la mouillabilité du cuivre plaqué chimiquement et d'éviter la création de bulles d'air pendant le prétraitement. L'énergie de surface du placage est liée à la taille des bulles d'hydrogène avant de s'échapper ou de se rompre. Bien entendu, il est souhaitable que les bulles soient exclues des pores avant de grossir, afin de ne pas gêner l'échange de solution.

3. Trous creux associés au film sec

A. Description des caractéristiques

Les vides de bord (creux de bord), c'est - à - dire les vides situés plus près de la surface de la plaque. Ils sont généralement causés par la résistance dans les trous. Ils ont une largeur d'environ 50 - 70 microns et sont situés à 50 - 70 millimètres de la surface de la carte, avec des espaces vides sur les bords. Il peut être situé sur un ou deux côtés de la carte, ce qui peut entraîner une coupure totale ou partielle. Les vides causés par le cuivre chimique, le cuivre galvanisé et le placage plomb / étain sont principalement situés au Centre du trou. Les vides causés par les fissures en forme de tonneau diffèrent également physiquement de ceux causés par les films secs.

B. mécanismes défectueux

Les trous ou les vides de bord de trou sont dus au fait que la résine pénètre dans le trou et n'est pas enlevée pendant le développement. Il peut entraver le revêtement de cuivre, d'étain et de soudure. Lorsque le film est retiré, la résine est retirée et le cuivre chimique est gravé. En général, il est difficile de trouver de la résine dans les trous après le développement. La position des trous et la largeur des défauts sont les principales bases sur lesquelles les trous et les trous de bordure sont jugés. Pourquoi la résistance coule - t - elle dans le trou? La pression d'air dans les trous recouverts de résine est inférieure de 20% à la pression atmosphérique. Lorsque le film est appliqué, l'air dans le trou est chaud et la pression d'air diminue lorsque l'air est refroidi à la température ambiante. La pression de l'air fait couler lentement la résine dans le trou jusqu'à ce qu'elle se forme.

Trois facteurs principaux contribuent à la profondeur du débit résistant, à savoir:

(1) Il y a de l'eau ou de la vapeur dans le trou avant du film.

(2) petit trou avec un rapport d'aspect élevé, prenez le trou de 0,5 mm comme exemple.

(3) Le tournage et le développement sont trop longs.

La principale raison pour laquelle la vapeur d'eau reste dans les trous est que l'eau peut réduire la viscosité de la résine, ce qui lui permet de s'écouler plus rapidement dans les trous. Les petits trous avec un rapport épaisseur / diamètre élevé sont plus sujets aux problèmes de vide car ces trous sont plus difficiles à sécher. La résine dans les trous d'épingle est également plus difficile à former. Plus le temps avant le développement sera long, plus de résine coulera dans le trou. Le traitement de surface et la connexion automatique de la membrane sont plus sujets aux problèmes.

C. Évitez les trous ou les trous autour des trous

La meilleure façon simple d'éviter les trous ou les trous autour des trous est d'augmenter le degré de séchage après le traitement de surface. Si le trou est sec, aucun trou ou cavité n'apparaîtra autour du trou. Peu importe la durée de stockage, le mauvais développement ne provoque pas de trous latéraux ou de trous. Après l'ajout de séchage, essayez de garder le temps entre le film et le révélateur aussi court que possible, mais les problèmes de stabilité doivent être pris en compte. L'orifice ou le bord du trou est vide si:

Des trous (pas auparavant) peuvent apparaître:

(1) après l'installation d'un nouvel équipement de traitement de surface et d'un équipement de séchage.

(2) l'équipement de traitement de surface et la partie sèche sont défectueux.

(3) produire de petites plaques de trou avec un rapport de diamètre d'épaisseur élevé.

(4) remplacez la résine ou remplacez - la par un film sec épais.

(5) Utilisation de la machine à film sous vide.

Le pire et le plus rare est que la résine forme une couche de masque dans le trou. Il semble que la couche de masque soit enfoncée dans des trous de 50 à 70 microns de profondeur. Le masque empêchant l'entrée de la solution, il se comportera alors comme une cavité de bord générale à une extrémité du trou et cette cavité s'étendra à partir de l'autre extrémité du trou jusqu'à la plupart des trous, L'épaisseur du placage s'amincit à mesure qu'on se rapproche du Centre du trou.

De nombreuses usines de circuits imprimés sont passées au processus de placage direct, parfois associé à une machine à coller. Si le séchage ultérieur n'est pas suffisant, des trous peuvent apparaître sur les bords. Pour que les petits trous soient complètement secs, la partie sèche doit être très adéquate.

4. Trous associés à l'ombrage

Au cours du processus de masquage, si le masquage n'est pas bon, l'agent de gravure entrera dans le trou pour graver le cuivre déposé. Les dommages mécaniques du masque se produisent dynamiquement, avec moins de trous dans les masques supérieur et inférieur ensemble. De même, le masque est très faible, ce qui entraîne l'apparition d'une pression négative dans les trous et finalement l'apparition de défauts dans le masque. Cette couche de masque peut réduire la pression négative et le masque opposé survivra plus facilement. Le masque d'un côté est fissuré et l'agent de gravure pénètre dans le trou, gravant d'abord le cuivre d'un côté du masque de rupture. D'autre part, le masque bloque la sortie de l'agent de gravure, qui est trop peu échangé, de sorte que le motif de la cavité est également plus symétrique, indiquant une extrémité épaisse de cuivre et l'autre extrémité mince. Les choses peuvent varier en fonction du degré de dommages au masque. Dans les cas extrêmes, tout le cuivre traversant est gravé.

5. Placage direct

Le placage direct évite le placage chimique traditionnel du cuivre, mais il existe trois étapes de processus de prétraitement; Tels que: procédé à base de palladium, procédé de film de carbone, procédé de film conducteur organique. Tout ce qui peut affecter le dépôt du catalyseur ou le dépôt du monomère et le dépôt de la composition polymérique créent des vides lors du dépôt du film conducteur polymérique. La plupart des procédés à membrane de carbone, de graphite et de palladium reposent sur un conditionnement approprié de la paroi des pores, en utilisant des cations électrolytes polymères et des couches catalytiques organiques contenant des charges opposées. Pour une meilleure Adsorption catalytique. Bien sûr, le dépôt chimique de cuivre s'est avéré être une bonne étape du processus dans la pratique, comme le nettoyage des parois des trous, le réglage, le dépôt catalytique, etc., avec une application appropriée dans le processus de placage direct. Bien entendu, les problèmes particuliers dans les bains de cuivrage chimique, tels que la production d'hydrogène, ne se posent pas ici.

Lors de l'utilisation d'un processus de placage direct, il y a souvent des problèmes particuliers qui se posent si elle n'est pas effectuée dans les conditions recommandées par les fournisseurs de potions. Par example, dans un procédé de film de carbone, il n'est généralement pas recommandé de frotter la surface de la plaque après le dépôt du film de carbone, car les brosses éliminent les particules de film de carbone des bords des trous. Dans ce cas, le processus de placage est difficile d'accéder au Centre du trou à partir de la surface du cuivre à temps, voire pas du tout. Si le film de carbone poreux d'un côté de la plaque est brossé, le placage peut également être effectué de l'autre côté. Cependant, l'effet du placage diminue progressivement et le cuivre plaqué peut ne pas communiquer avec la surface de cuivre de l'autre côté. Les résultats sont similaires à la fissuration du masque dans le processus de masquage. Des vides peuvent également apparaître si, dans un procédé de film de carbone ou de graphite, la poudre de pierre ponce est pulvérisée après dépôt catalytique. Les particules pulvérisées de poudre de pierre ponce peuvent pénétrer à grande vitesse dans les pores et éliminer les particules de la couche catalytique. D'autre part, le processus de graphite semble être capable de résister au traitement du plâtre Ponce.

6. Trous associés au cuivre galvanisé et à l'étain galvanisé au plomb (à l'étain pur)

A. causes intrinsèques des bulles

Heureusement, les bains de cuivre acide ont un rendement de batterie très élevé, de sorte que la production d'hydrogène dans un meilleur placage est un petit problème. Ce qu'il faut éviter, ce sont les conditions qui peuvent conduire à la production d'hydrogène, telles que des densités de courant élevées et des fluctuations du redresseur entraînant des dérives de densité de courant importantes à court terme. Certains bains d'étain / plomb ou bains d'étain ne sont pas aussi efficaces que les bains de cuivre. La production d'hydrogène devient un problème important. Un développement intéressant pour éviter le fractionnement de l'hydrogène est l'ajout d'un "additif anti - précipitation". Ces composés organiques, tels que les dérivés du caprolactame, peuvent être impliqués dans des réactions d'oxydoréduction, entraînant des atomes avant la formation de molécules d'hydrogène. L'état de l'hydrogène empêche la création de bulles. L '« additif anti - cratère » réduit est réoxydé à l'anode et transféré à la cathode pour recommencer le cycle.

B. causes externes des bulles

La cause externe la plus évidente des bulles d'air est le remplissage des trous par des bulles d'air avant de plonger la plaque dans la solution. Pour évacuer l'air dans les trous avant de plonger la carte dans le placage, certains concepteurs de pinces de placage tentent de créer un certain angle entre la carte et le pince. L'agitation à palettes peut créer une différence de pression suffisante pour chasser les bulles hors du trou. L'utilisation d'air comprimé pour agiter le liquide (jet d'air) à travers la surface de la plaque à l'aide d'un pulvérisateur aide également à chasser les bulles d'air. Bien sûr, l'agitation par pulvérisation est également un gaz en soi, mélangé dans le réservoir, et l'entrée d'air dans la pompe de filtration de circulation crée un flux de liquide sursaturé qui peut former des bulles d'air à l'endroit de l'agrégation, ainsi que des bulles d'air au niveau des défauts de paroi de l'orifice. Certains fabricants souffrent de ce problème et optent plutôt pour une agitation AIRLESS (pulvérisation de solution).

En plus de résister aux résidus et aux bulles d'air qui entravent le placage, d'autres problèmes évidents qui causent des vides de placage sont: une mauvaise perméabilité et un blocage par des corps étrangers. Une mauvaise perméabilité du placage peut entraîner l'absence de cuivre au milieu, mais c'est une situation très extrême. En général, l'épaisseur de cuivre au Centre du trou n'est pas suffisante pour répondre aux critères d'acceptation. Dans un bain de cuivrage acide, la mauvaise perméabilité est causée par: un mauvais rapport cuivre / acide, une contamination du placage, des additifs organiques faibles ou insuffisants, une mauvaise répartition du courant, un effet de blocage ou d'agitation, etc. Si une contamination particulaire est constatée, elle est principalement due à un dysfonctionnement de la pompe de circulation ou de filtration, à une fréquence d'inversion du réservoir trop basse, à des dommages à la poche anodique ou à une membrane cathodique défectueuse.

7. Vide causé par la gravure du cuivre

S'il y a des problèmes avec la résine métallique plaquée, le cuivre dans le via sera exposé à l'agent de gravure, provoquant des vides. Dans ce cas, les vides sont causés par le cuivre gravé au lieu du cuivre non déposé. C'est un peu contre l'ordre de priorité. Ici, il faut encore souligner que le cuivre est gravé, ce qui provoque des vides.

Le premier cas possible qui peut entraîner une perte de cuivre est l'oxydation du cuivre s'il reste de l'humidité dans les trous pendant le processus de cuivrage chimique, ou s'il est laissé trop longtemps avant la prochaine opération, ou dans une atmosphère corrosive. Le cuivre est dissous dans l'étape de préimprégné. Une autre possibilité est une micro - Gravure excessive avant le placage. Deuxièmement, le cuivre plaqué chimiquement peut tomber. On peut voir s'il s'agit d'une phase dorée directe ou d'un choc thermique après le plaquage chimique du cuivre. Les causes de ce vide sont: mauvaise composition du bain de cuivrage chimique, entraînement de la solution de traitement, mauvaise adhérence du bain de cuivrage chimique due à une décontamination, catalyse ou conditionnement inadéquat de l'accélérateur.

Des défauts de cuivre (fissures, écaillage) peuvent apparaître sur les parois des trous lors de la réalisation d'une soudure à la vague, d'un nivellement à l'air chaud ou d'une autre étape de soudure à reflux à haute température ou d'un test de contrainte thermique simulé. L'origine de ces problèmes nécessite souvent de remonter au prétraitement de la paroi du trou et à l'étape initiale de métallisation du trou. Les parois des trous peuvent avoir de nombreuses causes. Selon le processus de fabrication, il peut être retracé à des étapes antérieures, telles que le forage, ou il ne peut se produire que lors du placage plomb / étain. Cependant, la forme et l'emplacement des cavités peuvent souvent nous donner des indices pour explorer la source du problème. Les vides de paroi de trou sont généralement causés par l'influence mutuelle de plusieurs conditions de processus. Ils peuvent agir simultanément ou avoir une séquence. Ce n'est qu'en analysant soigneusement les caractéristiques des défauts dans les étapes du processus que la racine peut être trouvée avec précision.