PCB Tecnico - Come garantire un elevato rapporto di aspetto e una piccola conducibilità dell'apertura

Quando il diametro del foro passante diventa più piccolo e il rapporto spessore-diametro diventa sempre più alto, diventa più difficile garantire una buona copertura metallica nel foro. È anche molto impegnativo garantire l'uniformità del metallo nel foro e proteggere il metallo nel foro da essere inciso via durante la placcatura del modello e successiva mascheratura e incisione. Questo articolo elenca molte cause di vuoti nello strato di rame dei fori passanti, discute come identificare i problemi sottostanti e propone alcuni suggerimenti per il processo di produzione per evitare questi problemi.

I fori nello strato conduttivo nei vias sono causati da motivi diversi e presentano caratteristiche diverse, ma una cosa è in comune, cioè la copertura metallica dello strato conduttivo nel foro è insufficiente o non c'è copertura metallica. Teoricamente, il problema è causato da due situazioni: metallo insufficiente depositato, o dopo che una quantità sufficiente di metallo è depositata, parte del metallo viene perso per qualche motivo. La deposizione insufficiente del metallo può essere causata da parametri di placcatura impropri, come composizione chimica del bagno, movimento del catodo, corrente, distribuzione della densità di corrente, o tempo di placcatura, ecc Ciò può anche essere causato da sostanze estranee sulla superficie del foro che impedisce la deposizione del metallo, come bolle, polvere, fibra di cotone o film organico e sporcizia. Se la superficie della parete del foro non è trattata correttamente, non è favorevole alla deposizione della soluzione di placcatura e può anche portare a una scarsa deposizione di metallo, come perforazione ruvida, formazione di crepe o "cerchi rosa". Il "mangiare" del rame dal foro passante può essere dovuto a fattori chimici, come l'incisione o il meccanismo, come blow-holing, crepe o peeling dello strato depositato.

Questo articolo analizza i difetti e le cause nell'ordine delle fasi di processo del processo di metallizzazione via foro per studiare dove il problema può verificarsi e i passaggi che portano al foro nel foro. E imparare dai fattori utili dell'analisi e della soluzione classica del problema, come identificare la forma e la posizione della cavità, e indicare il metodo per correggere il problema.

1. Fattori che possono portare a vuoti nei fori nelle fasi precedenti di metallizzazione:

A. Perforazione

Punte di perforazione usurate o altri parametri di perforazione impropri possono strappare il foglio di rame e lo strato dielettrico e formare crepe. La fibra di vetro può anche essere strappata piuttosto che tagliata. Se il foglio di rame si strapperà dalla resina dipende non solo dalla qualità della perforazione, ma anche dalla forza di incollaggio del foglio di rame e della resina. Un esempio tipico è: il legame tra lo strato di ossido e il prepreg nella scheda multistrato è spesso più debole del legame tra il substrato dielettrico e la lamina di rame, quindi la maggior parte delle lacerazioni si verificano sulla superficie dello strato di ossido sulla scheda multistrato. Nella placca d'oro, lo strappo avviene sul lato più liscio del foglio di rame, a meno che non venga utilizzato il "foglio di rame trattato inverso" (foglio trattato inverso). La superficie ossidata non è saldamente legata al prepreg e può anche portare a un "cerchio rosa" peggiore, cioè lo strato di ossido di rame viene sciolto in acido. Pareti grossolane del foro o pareti grossolane del foro con cerchi rosa porteranno a vuoti nei giunti multistrato, che sono chiamati woids del cuneo o fori di soffiaggio. I "wedge woids" sono inizialmente situati all'interfaccia congiunta. Il nome implica anche: la forma è come un "cuneo", che si ritrae per formare una cavità, che di solito può essere coperta da uno strato elettroplaccato. Se lo strato di rame copre queste scanalature, ci sarà spesso umidità dietro lo strato di rame. Nei processi successivi, come il livellamento dell'aria calda e il trattamento ad alta temperatura, l'evaporazione dell'umidità (umidità) e i vuoti a forma di cuneo appaiono solitamente insieme. A seconda della posizione e della forma, è facile identificare e distinguere da altri tipi di cavità.

B. Decontaminazione/incisione

La fase di decontaminazione consiste nel rimuovere chimicamente lo sporco grasso della resina sullo strato interno di rame. Questo grasso è stato originariamente causato dalla perforazione. L'incisione è l'ulteriore approfondimento della decontaminazione, che sta per rimuovere più resina, in modo che il rame "sporge" dalla resina, e forma un "legame a tre punti" o "legame a tre lati" con lo strato di placcatura in rame per migliorare l'affidabilità di interconnessione. Il permanganato viene utilizzato per ossidare la resina e "incidere". In primo luogo, la resina deve essere gonfiata per facilitare il trattamento del permanganato. La fase di neutralizzazione può rimuovere il residuo di manganato. L'incisione in fibra di vetro utilizza un metodo chimico diverso, solitamente acido fluoridrico. Una decontaminazione impropria può causare due tipi di cavità: la resina ruvida attaccata alla parete del foro può contenere liquido, che può portare a "fori di soffiaggio". Lo sporco residuo sullo strato interno di rame ostacolerà la buona combinazione di rame/strato di placcatura del rame, con conseguente "estrazione della parete del foro" (estrazione della parete del foro), ecc., come nell'elaborazione ad alta temperatura o nelle prove correlate, strato di placcatura del rame separato dalla parete del foro. La separazione della resina può causare la rimozione della parete del foro e crepe e vuoti sullo strato di placcatura di rame. Se il residuo di sale manganato di potassio non viene completamente rimosso nella fase di neutralizzazione (5 per essere precisi, quando è nella reazione di riduzione), può anche causare vuoti. La reazione di riduzione utilizza spesso agenti riducenti, come l'idrazina o l'idrossilamina.

C. Passi catalitici prima della deposizione di rame elettroless

Anche il disallineamento tra decontaminazione/incisione/deposizione di rame elettroless e l'inadeguata ottimizzazione dei singoli passaggi sono questioni degne di considerazione. Coloro che studiano i vuoti nei vias sono fortemente d'accordo con l'integrità uniforme del trattamento chimico. La tradizionale sequenza di pre-trattamento per l'affondamento del rame è la pulizia, la regolazione, l'attivazione (catalisi), l'accelerazione (post-attivazione), e poi la pulizia (lisciviazione), lavaggio, pre-ammollo, che è completamente adatto al principio Murpiy. Ad esempio, agente condizionante, un elettrolita di poliestere cationico viene utilizzato per neutralizzare la carica negativa sulla fibra di vetro e deve essere applicato correttamente per ottenere la carica positiva richiesta: troppo poco modificatore, lo strato di attivazione e l'adesione non sono buoni; troppo modificatore formerà un film e porterà alla deposizione di rame Non buono; L'agente condizionante non è sufficientemente coperto ed è molto probabile che appaia sulla testa di vetro. In metallografia, l'apertura del vuoto si manifesta nella scarsa copertura di rame alla fibra di vetro, o senza rame. Altri causano vuoti nel vetro Le ragioni sono: incisione insufficiente del vetro, incisione eccessiva della resina, incisione eccessiva del vetro, catalisi insufficiente o scarsa attività del lavandino in rame. Altri fattori che influenzano la copertura dello strato attivo Pd sulla parete porosa sono: temperatura di attivazione, tempo di attivazione, concentrazione, ecc. Se le cavità sono sulla resina, ci possono essere i seguenti motivi: residui di manganato nella fase di decontaminazione, residui di plasma, regolazione o attivazione insufficiente e bassa attività del lavello di rame.

2. fori vuoti relativi alla deposizione chimica di rame

Quando si guarda il foro nel foro, controllare sempre se c'è un problema con il bagno chimico e anche guardare il bagno di pretrattamento per rame elettroless, ma anche coprire i problemi comuni di rame chimico, galvanizzazione del rame e bagno piombo / stagno. In generale, possiamo capire che bolle, materia solida (polvere, cotone) o materia organica appiccicosa, pellicola secca possono ostacolare la deposizione della soluzione di placcatura o della soluzione di attivazione. Le bolle sono benvenute, ci sono bolle esterne e generate internamente. A volte bolle d'aria estranee possono entrare nella fessura o nel foro passante quando la scheda oscilla. Le bolle intrinseche sono causate dall'idrogeno generato dalla reazione nella soluzione chimica di precipitazione di rame, o dall'idrogeno generato dal catodo o dall'ossigeno generato dall'anodo nella soluzione di galvanizzazione. I vuoti causati dalle bolle hanno le loro caratteristiche: spesso si trovano al centro del foro e sono distribuiti simmetricamente nella metallografia, cioè non c'è rame entro la stessa larghezza della parete frontale. Se ci sono bolle sulla superficie della parete del foro, apparirà come piccole fosse e i fori circostanti saranno a forma di punta. Le cavità causate da polvere, cotone o pellicola oleosa sono di forma estremamente irregolare. Alcune particelle che impediscono la galvanizzazione o la deposizione attivata saranno anche avvolte dal metallo di placcatura. Le particelle non organiche possono essere analizzate da EDX e le sostanze organiche possono essere controllate da FTIR.

La ricerca per evitare l'intrappolamento di bolle è stata abbastanza approfondita. Ci sono molti fattori che influenzano: l'ampiezza dell'oscillazione del movimento del catodo, la distanza tra le piastre, l'oscillazione di vibrazione e così via. Il modo più efficace per impedire che le bolle entrino nel foro è vibrazione e collisione. È anche molto importante aumentare lo spazio tra le piastre e la distanza di movimento del catodo. L'aria che agita nel serbatoio di precipitazione di rame elettroless e l'impatto o la vibrazione del serbatoio di attivazione sono quasi inutili. Inoltre, è anche molto importante aumentare la bagnabilità del rame elettroless ed evitare bolle d'aria nella marea di pre-trattamento. L'energia superficiale della soluzione di placcatura è correlata alla dimensione delle bolle di gas idrogeno prima che escano o scoppino. Ovviamente, si spera che le bolle vengano escluse dal foro prima che diventino più grandi, in modo da non ostacolare lo scambio della soluzione.

3. fori vuoti relativi al film secco

A. Descrizione caratteristica

I vuoti del cerchio (vuoti del cerchio), cioè i vuoti si trovano più vicini alla superficie della scheda. Sono spesso causati dalla resistenza nei fori. Essi sono di circa 50-70 micron di larghezza e 50-70 micron di distanza dalla superficie della scheda, con vuoti di bordo Può essere su uno o entrambi i lati della scheda, che può causare un circuito aperto completo o parziale. I vuoti causati dal rame chimico, dalla galvanizzazione del rame e dalla placcatura di piombo/stagno si trovano per lo più al centro del foro. Anche i vuoti causati dalle crepe del barile sono diversi nelle caratteristiche fisiche dai vuoti causati dalla pellicola secca.

B. Meccanismo dei difetti

Il vuoto del bordo del foro o del foro è perché la resistenza entra nel foro e non viene rimossa durante lo sviluppo. Impedisce rame, stagno e saldatura. La resistenza viene rimossa quando la pellicola viene rimossa e il rame chimico viene inciso via. Generalmente, è difficile trovare la resistenza nel buco dopo lo sviluppo. La posizione del foro e la larghezza del difetto sono la base principale per giudicare il foro e il foro sul bordo. Perché la resistenza scorre nel buco? La pressione dell'aria nel foro coperto dal resist è inferiore del 20% rispetto alla pressione atmosferica. L'aria nel foro è calda quando viene applicato il film e la pressione dell'aria diminuisce quando l'aria viene raffreddata a temperatura ambiente. La pressione dell'aria fa sì che la resistenza fluisca lentamente nel foro finché non si sviluppa.

Ci sono tre fattori principali che causano la profondità della velocità di flusso di resistenza, vale a dire:

(1) C'è acqua o vapore nel foro anteriore del film.

(2) Piccoli fori con alto rapporto di aspetto, prendere i fori di 0,5 mm come esempio.

(3) Il tempo di ripresa e sviluppo è troppo lungo.

Il motivo principale per cui il vapore acqueo rimane nel foro è che l'acqua può ridurre la viscosità del resist e farlo scorrere nel foro più velocemente. Piccoli fori con alto rapporto spessore-diametro sono più inclini a problemi di svuotamento, perché tali fori sono più difficili da asciugare. La resistenza nei fori è anche più difficile da sviluppare. Il tempo più lungo prima dello sviluppo permette anche più resistenza a fluire nei fori. Il trattamento superficiale e il collegamento automatico di ripresa sono più inclini a problemi.

C. Evitare fori o fori intorno ai fori

Il modo migliore e semplice per evitare fori o fori intorno ai fori è quello di aumentare il grado di essiccazione dopo il trattamento superficiale. Se i fori sono asciutti, non si verificheranno fori o cavità intorno ai fori. Non importa quanto tempo il tempo di conservazione e lo sviluppo scarso, non causerà fori o fori ai bordi. Dopo aver aggiunto l'asciugatura, cerca di mantenere il tempo tra il film e lo sviluppatore il più breve possibile, ma il problema di stabilità dovrebbe essere considerato. Se si verificano le seguenti situazioni, l'orifizio o il bordo del foro è vuoto

Possono verificarsi buchi (non in precedenza):

(1) Dopo l'installazione di nuove attrezzature di trattamento superficiale e attrezzature di essiccazione.

(2) L'attrezzatura di trattamento superficiale e la sezione di essiccazione non funzionano correttamente.

(3) Produzione di piccole piastre dell'orifizio con alto rapporto spessore-diametro.

(4) Cambio di resistenza o cambiamento a pellicola secca spessa.

(5) Uso della macchina adesiva del film di vuoto.

Il caso peggiore e raro è che la resistenza forma uno strato mascherante nel foro. Sembra che lo strato della maschera sia spinto nel foro profondo 50-70 micron. Poiché la maschera impedirà alla soluzione di entrare, apparirà come una cavità di bordo generale ad un'estremità del foro e la cavità si estenderà alla maggior parte dei fori, a partire dall'altra estremità del foro., Lo spessore dello strato di placcatura è più sottile man mano che si avvicina al centro del foro.

Molte fabbriche di schede stampate sono passate al processo di galvanizzazione diretta, che a volte è collegato alla macchina incollatrice. Se la successiva essiccazione non è sufficiente, possono verificarsi fori e fori ai bordi. Per rendere i piccoli fori completamente asciutti, la sezione di asciugatura deve essere molto sufficiente.

4. Fori relativi alla mascheratura

Nel processo di mascheramento, se la maschera non è buona, l'incisione entrerà nel foro per incidere il rame depositato. Il danno meccanico della maschera avviene dinamicamente e le maschere superiori e inferiori hanno meno fori insieme. Allo stesso modo, la maschera è molto debole, con conseguente pressione negativa nel foro, che alla fine porta a difetti nella maschera. Questo strato di maschera può ridurre la pressione negativa e la maschera opposta è più facile da sopravvivere. La maschera da un lato è rotta, l'incisione entra nel foro e il rame sul lato della maschera rotta viene prima inciso via. Dall'altro lato, la maschera blocca l'uscita dell'incisione, e lo scambio dell'incisione è troppo poco, quindi anche il modello della cavità è più simmetrico, mostrando che un'estremità è spessa con rame e l'altra estremità è sottile. A seconda del grado di danno della maschera, la situazione è diversa. In casi estremi, tutto il rame passante viene inciso via.

5. Placcatura diretta

La galvanizzazione diretta evita la deposizione chimica tradizionale di rame, ma ci sono tre tipi di fasi del processo di pretrattamento; come: processo a matrice di palladio, processo a film di carbonio e processo a film conduttivo organico. Qualsiasi situazione che può influenzare la deposizione dei catalizzatori, o quando il film conduttivo polimerico è depositato, la deposizione monomero e la deposizione della composizione polimerica possono formare vuoti. La maggior parte dei processi a membrana di carbonio, grafite e palladio si basano sulla corretta regolazione della parete porosa, utilizzando cationi elettrolitici polimerici e strati catalitici organici contenenti cariche opposte. Al fine di ottenere un migliore adsorbimento catalitico. Naturalmente, la deposizione chimica di rame si è dimostrata una buona fase di processo nella pratica, come la pulizia della parete del foro, la regolazione, la deposizione catalitica, ecc., sono correttamente applicati nel processo di galvanizzazione diretta. Naturalmente, qui non si verificheranno problemi speciali nel bagno di rame elettroless, come la generazione di idrogeno.

Quando si utilizza il processo di galvanizzazione diretta, se non viene eseguito secondo le condizioni raccomandate dal fornitore della pozione, si verificano spesso alcuni problemi speciali. Ad esempio, nel processo del film di carbonio, generalmente non è consigliabile strofinare la superficie del pannello dopo il deposito del film di carbonio, perché la spazzola rimuoverà le particelle del film di carbonio sul bordo del foro. In questo caso, è difficile per il processo di galvanizzazione entrare nel centro del foro dalla superficie di rame nel tempo, o anche per niente. Se la pellicola di carbonio dell'orifizio su un lato della scheda viene spazzolata, la galvanizzazione può essere eseguita anche dal lato opposto. Tuttavia, il risultato della galvanizzazione è gradualmente indebolito e il rame galvanizzato potrebbe non essere in grado di comunicare con la superficie del rame dall'altro lato. Il risultato è simile alla rottura della maschera nel processo di mascheramento. Se nel film di carbonio o nel processo di grafite, la polvere di pomice viene spruzzata dopo la deposizione catalitica, si verificheranno anche vuoti. Le particelle di polvere pomice gettate possono entrare nei fori ad alta velocità e lavare via le particelle dello strato del catalizzatore. D'altra parte, il processo di grafite sembra essere in grado di resistere al trattamento dello stucco pomice.

6. fori relativi alla galvanizzazione del rame e alla galvanizzazione del piombo-stagno (allo stagno puro)

A. La causa interna delle bolle

Fortunatamente, il bagno di placcatura di rame acido ha un'efficienza cellulare molto elevata, quindi la generazione di idrogeno in un bagno migliore è un piccolo problema. Ciò che deve essere evitato sono le condizioni che possono causare la generazione di idrogeno, come l'alta densità di corrente e le fluttuazioni dei raddrizzatori che causano a breve termine una grande deriva di densità di corrente. Alcuni bagni di stagno / piombo o bagni di stagno sono meno efficienti dei bagni di rame. La produzione di idrogeno diventa una questione importante. Uno sviluppo interessante nell'evitare la generazione di frazionamento dell'idrogeno è l'aggiunta di "additivi antipittitting". Questi composti organici, come i derivati del caprolattam, possono partecipare alle reazioni redox, eliminando gli atomi prima di formare molecole di idrogeno. Lo stato dell'idrogeno impedisce la generazione di bolle. L'"additivo anti-pit" ridotto viene ri-ossidato all'anodo e trasferito al catodo per riavviare il ciclo.

B. Cause esterne delle bolle

La causa esterna più evidente delle bolle sono le bolle riempite nei fori prima che la tavola sia immersa nella soluzione. Al fine di espellere l'aria nel foro prima che la scheda sia immersa nel bagno, alcuni progettisti di apparecchi galvanici hanno sperimentato la formazione di un certo angolo tra la scheda e l'apparecchio. L'agitazione della pagaia può generare differenziale di pressione sufficiente per far uscire le bolle dai fori. L'uso di aria compressa attraverso uno spruzzatore per agitare il liquido (sparring dell'aria) attraverso la superficie della piastra aiuta anche a scacciare le bolle d'aria. Naturalmente, lo spruzzo che si agita è anche una sorta di gas, mescolato nel serbatoio, l'aria entra nella pompa filtrante circolante per produrre un flusso liquido supersaturato, che formerà bolle nella posizione di raccolta e formerà anche bolle ai difetti della parete del foro. Alcuni produttori sono turbati da questo problema e si rivolgono all'agitazione airless (spruzzo di soluzione).

Oltre a resistere a residui e bolle che ostacolano la galvanizzazione, altri evidenti problemi che causano vuoti galvanici sono: scarsa penetrazione e blocco del corpo estraneo. Una scarsa penetrazione del bagno non causerà rame nel mezzo, ma questa è una situazione molto estrema. Di solito, lo spessore del rame al centro del foro non è sufficiente per soddisfare lo standard di accettazione. Nel bagno acido di placcatura di rame, la scarsa penetrazione è causata dai seguenti motivi: rapporto rame/acido improprio, contaminazione del bagno, additivi organici bassi o insufficienti, scarsa distribuzione della corrente, effetto bloccante o agitazione, ecc. Se si trova contaminazione da particelle, è principalmente causata da un guasto della circolazione o della pompa del filtro, la frequenza di inversione del serbatoio è troppo bassa, il sacchetto dell'anodo è danneggiato o la membrana catodica è difettosa.

7. Vuoti causati dall'incisione del rame

Se c'è qualche problema con la resistenza del metallo placcato, il rame nella via sarà esposto all'incisione, con conseguente vuoto. In questo caso, i vuoti sono causati dall'incisione del rame piuttosto che dal rame non posato. Questo è un po' contrario all'ordine di priorità. Qui, è ancora necessario sottolineare che il rame è inciso via, che causa il vuoto.

La prima condizione possibile che può causare la perdita di rame è che se c'è umidità residua nel foro durante la deposizione di rame elettroless, o se viene lasciata troppo a lungo prima dell'operazione successiva, o l'atmosfera corrosiva, il rame sarà ossidato. Il rame viene sciolto nella fase prepreg prima. Un'altra possibilità è l'eccessiva microincisione prima della placcatura. In secondo luogo, il rame di rame elettroless può cadere. Può essere visto se è direttamente metallografico o termicamente scosso dopo la deposizione chimica di rame. Le ragioni di tali vuoti sono: composizione impropria del bagno di rame elettroless, intrappolamento della soluzione di trattamento, scarsa adesione del rame elettroless a causa di regolazione impropria di decontaminazione, catalisi o acceleratori.

Quando la saldatura ad onda, il livellamento dell'aria calda o altri passaggi di saldatura a riflusso ad alta temperatura o test di stress termico simulati, si verificano difetti di rame (crepe, peeling) sulla parete del foro. La causa principale di tali problemi spesso deve essere ricondotta al pretrattamento della parete del foro e alla fase iniziale di metallizzazione del foro. Il muro del foro può avere molte cause. Secondo il processo di fabbricazione, può essere ricondotto ai passaggi precedenti come la perforazione, o può verificarsi solo durante la placcatura di piombo / stagno. Tuttavia, la forma e la posizione della cavità possono spesso fornirci alcuni indizi che interrogano la radice del problema. I vuoti della parete del foro sono spesso causati dall'influenza reciproca di molteplici condizioni di processo. Possono agire contemporaneamente o avere una sequenza. Solo analizzando attentamente la caratterizzazione dei difetti lungo le fasi del processo è possibile trovare il punto radice bruscamente.