PCB技術 - 高アスペクト比と小さい開口伝導率を確実にする方法

ビアホールの直径が小さくなると 太さ 比率が高く高くなる, 穴の中の良い金属カバレッジを確実にするのは、より難しくなります. また、ホール内の金属の均一性を確保し、パターンメッキとその後のマスキング及びエッチングの間、エッチングされることからホール内の金属を保護するのに非常に困難である. この記事はスルーホールの銅層におけるボイドの多くの原因を示している, 根本的な問題を識別する方法について説明します, そして、これらの問題を回避するための生産プロセスの提案を提案する.

ホールの穴 ビア内の導電層 異なる理由によって引き起こされ、異なる特徴を示す, しかし、一つのことは共通です, それで, 穴の中の伝導のレイヤーの金属カバレッジは不十分であるかまたは金属カバレッジがない. 理論的, 問題は2つの状況によって引き起こされます：不十分な金属, または十分な量の金属が堆積した後, いくつかの理由で金属が失われる. 不十分な金属堆積は不適当なめっきパラメータに起因する, 浴化学組成, 陰極運動, カレント, 電流密度分布, またはめっき時間, etc. これは、金属堆積を妨げる穴の表面上の異物によっても引き起こされる, 泡のような, 塵, コットン繊維または有機フィルム, 汚れ. 穴壁の表面が適切に扱われないならば, めっき液の堆積には寄与しない, また、貧しい金属堆積につながる可能性がありますて, 粗穴のような, クラック形成, またはピンクの円. 貫通孔からの銅の「食べる」は、化学的要因に起因する, エッチングのような, またはメカニズム, ブローホーニングのような, クラック, または堆積層の剥離.

ビアホールメタライゼーションプロセスの工程段階での欠陥と原因を解析し，問題が発生する可能性があることを検討し，穴の孔に導くステップを解析した。そして、古典的な問題の分析と解決策の有用な要因から学ぶように、空洞の形状や場所を識別するなど、問題を修正する方法を指摘する。

メタライゼーションの前工程における孔の空隙につながる因子

掘削

摩耗ドリルビット又は他の不適切な掘削パラメータは銅箔及び誘電体層を引き裂き、クラックを形成する。また、カットするよりもガラス繊維を引き裂くこともできる。銅箔が樹脂から引き裂かれるかは、ドリル加工の品質だけでなく銅箔や樹脂の接合強度にも依存する。典型的な例としては、多層基板内の酸化物層とプリプレグとの間の結合は、誘電体基板と銅箔との間の結合よりも弱いので、多層基板上の酸化物層の表面上でほとんどの涙が生じる。金板においては、銅箔の平滑側に引き裂かれている。酸化された表面はプリプレグに強固に接合されず、さらに「ピンク円」、すなわち酸化銅層が酸に溶解してしまう。ピンクの円をもつ粗い穴壁または粗い穴壁は、ウェッジ・ウードまたはブローホールと呼ばれている多層継ぎ手の中でボイドにつながります。「ウェッジwoids」は最初にジョイントインタフェースに位置する。名前は暗示します：形は「くさび」のようです。そして、それは空洞を形成するために後退します。銅層がこれらの溝を覆っている場合、しばしば銅層の背後に水分が存在する。高温空気平準化及び高温処理のような後のプロセスでは、水分（水分）及び楔状空隙の蒸発が通常一緒に現れる。位置及び形状によれば、他のタイプのキャビティと識別し識別することは容易である。

除染/エッチング

除染工程は、内部の銅層に樹脂の汚れを化学的に除去する工程である。この貪欲は本来は掘削によるものであった。エッチングは、より多くの樹脂を除去しようとする除染の更なる深さであり、その結果、銅は樹脂から突き出ており、相互接続信頼性を向上させるために銅めっき層と「三点結合」または「三面結合」を形成する。過マンガン酸塩は、樹脂を酸化して、それを「エッチングする」ために用いる。まず、過マンガン酸処理を促進するために樹脂を膨潤させる必要がある。中和工程はマンガン酸塩残基を除去できる。ガラス繊維エッチングは、異なる化学的方法（通常フッ化物酸）を使います。不適切な除染は2つのタイプの空洞を引き起こすことができます：穴の壁に付着している粗い樹脂は液体を含んでいるかもしれません。銅の内層の残留汚れは銅／銅めっき層の良好な組み合わせを阻害し、高温処理や関連試験のような「穴壁画」（穴壁プルラ）などの結果、銅メッキ層が孔壁から分離される。樹脂の剥離により、銅メッキ層上の孔壁が引っ張られ、クラックや空隙が生じることがある。亜マンガン酸塩塩の残渣が中和工程で完全に除去されない場合（5は還元反応にある場合は正確である）、ボイドを引き起こすこともある。還元反応は、ヒドラジンまたはヒドロキシルアミンのような還元剤を使用することが多い。

無電解銅堆積前の触媒ステップ

除染／エッチング／無電解銅めっきの間の不整合と個々のステップの不十分な最適化も考慮に値する問題である。バイアの空隙を研究する人々は、化学処理の均一性に強く同意します。銅の沈み込みのための従来の前処理シーケンスは、洗浄、調整、活性化（触媒作用）、加速（後の活性化）、および洗浄（浸出）洗浄、前浸漬、それは完全にmurpiy原理に適している。例えば、コンディショニング剤、カチオン性ポリエステル電解質は、ガラス繊維上の負電荷を中和するために使用され、必要な正電荷を得るために正しく適用されなければならない。あまりにも多くの改質剤は膜を形成し、銅の堆積には良くないそれで、穴壁は引かれます。コンディショニング剤は十分に被覆されておらず，ガラスヘッドに最も出現しやすい。金属組織においては，ガラス繊維における銅カバレッジが悪いか，銅がない場合に空隙開口が生じた。ガラス中の空孔の原因としては、不十分なガラスエッチング、過剰な樹脂エッチング、過剰なガラスエッチング、不十分な触媒作用、または銅シンクの活性が不十分である。細孔壁上のPd活性層のカバレッジに影響する他の要因は、活性化温度、活性化時間、濃度などである。キャビティが樹脂上にある場合、除染ステップ、プラズマ残渣、不十分な調整又は活性化、及び銅シンクの低活性におけるマンガン酸塩残基の残留が考えられる。

化学銅蒸着に関連する中空孔

穴の穴を見るときは、化学浴に問題があるかどうかチェックし、無電解銅の前処理浴を見ても、化学銅、銅電気メッキ、鉛/錫浴の一般的な問題点をカバーする。一般に、泡、固体（粉塵、綿）または有機物粘着性、乾燥フィルムがメッキ液または活性化溶液の堆積を妨げることがあることを理解することができる。泡が歓迎され、外部と内部生成気泡があります。場合によっては、外国の気泡は、スロットまたはスルーホールには、ボードが振動して入力することがあります。固有の気泡は、化学銅沈殿溶液中の反応によって発生した水素または電気メッキ溶液中のアノードによって生成されるカソードまたは酸素によって生成される水素によって引き起こされる。気泡に起因する空隙は、それらの特性を有する。それらはしばしば穴の中心に位置し、金属組織に対称的に分布している。すなわち、フェースウォールの幅と同じ幅の銅は存在しない。穴壁の表面に気泡があれば小さなピットとして現れ、周囲の穴はスパイク状になる。ちり、綿または油性フィルムに起因する空洞は、形で非常に不規則です。電気メッキまたは活性化堆積を防止するいくつかの粒子もメッキ金属によって包まれる。edxにより非有機粒子を分析でき，有機物をftirでチェックできる。

気泡の捕捉を回避する研究はかなり徹底的であった。陰極運動のスイング振幅，板間の間隔，振動スイングなどの影響因子が多い。気泡が穴に入るのを防ぐ最も効果的な方法は、振動と衝突です。また、陽極と陰極の移動距離を大きくすることも重要である。無電解銅沈殿槽で撹拌している空気と活性化タンクの衝撃または振動はほとんど役に立たないです。また、無電解銅の濡れ性を向上させ、前処理潮の気泡を避けることも非常に重要である。メッキ液の表面エネルギーは、それらが逃げるか破裂する前に水素ガス気泡の大きさに関係している。明らかに、気泡がより大きくなる前に穴から除外されることが望まれているので、解決交換を妨げないように。

乾式フィルムに関する中空穴

特徴描写

リムボイド（すなわち、リム空隙）、すなわちボイドは、基板表面により近い位置にある。穴の中のレジストによって引き起こされることが多い。彼らはボードの表面から50 - 70ミクロンの幅と50 - 70ミクロン離れています。そして、それが板の1つまたは両側にあるかもしれません。化学銅，銅電気めっき，鉛／すずめっきに起因する空隙は，孔の中心に位置している。バレルクラックに起因する空隙はドライフィルムによるボイドからの物理的特性も異なっている。

欠陥メカニズム

穴または穴エッジ空孔は、レジストが穴に入るので、現像の間、取られない。銅，錫，はんだめっきを妨げる。膜を除去した後レジストを除去し、化学銅をエッチング除去する。一般に現像後の穴にレジストを見つけることは困難である。穴の位置と欠陥の幅は、エッジの穴と穴を判断する主な基礎である。なぜレジストは穴に流れ込むのか？レジストで覆われた穴の空気圧は大気圧より20 %低い。フィルムを塗布すると孔の空気は熱くなり、空気が室温まで冷却されると空気圧が低下する。空気圧力は、それが発達するまで、レジストをゆっくりホールに流れ込む。

レジスト流速の深さの原因は3つある。

フィルムの前孔に水や蒸気がある。

アスペクト比が高い小孔は、例えば0.5 mm孔を取る。

撮影及び現像時間が長すぎる。

水がホールに残る主な理由は、水がレジストの粘度を低下させ、より速く穴に流れ込むことである。直径／直径比が高い小孔は，そのような穴が乾燥するのがより困難であるので，ボイドの問題を起こしやすい。ピンホール内のレジストも現像が困難である。開発の前のより長い時間も、より多くの抵抗が穴に流れ込むのを許します。表面処理と自動撮影接続は問題を起こしやすい。

穴または穴のあたりの穴を避けてください

穴の周りの穴や穴を避けるために最善かつ簡単な方法は、表面処理後の乾燥の程度を高めることです。穴が乾燥しているならば、穴のまわりの穴または空洞は起こりません。どのくらいの保管時間と貧しい開発は、それが穴や穴をエッジに発生しません。乾燥を加えた後、フィルムと現像剤の間をできるだけ短く保つようにしてください。以下の状況が起こるならば、穴のオリフィスまたは端は空です

ホールが発生します(以前はありません)。

新表面処理装置，乾燥設備設置後。

表面処理装置及び乾燥部は誤動作している。

小径オリフィス板の製造。

レジストの変更，厚膜乾燥への変更。

真空膜貼付機の使用。

最悪の場合は、レジストがホールにマスキング層を形成することである。マスク層は深さ50〜70ミクロンの穴に押し込まれる。マスクが溶液が入るのを防ぐので、それは穴の一端で一般的な端空洞として現れます、そして、空洞は穴の他の端から始まって、大部分の穴に広がります。メッキ層の厚さは、孔の中心に近づくほど薄くなる。

多くのプリントボード工場は直接電気めっきプロセスに切り替えられており、これはペーストマシンに接続されることもある。その後の乾燥が十分でない場合、縁部の孔及び孔が生じることがある。小さな穴を完全に乾燥させるために、乾燥部は非常に十分である必要がある。

マスキングに関連するホール

マスキングプロセスでは、マスクが良好でない場合、エッチング液は、堆積された銅をエッチングするためにホールに入る。マスクの機械的損傷は動的に起こり、上下のマスクは、より少ないホールを有する。同様に、マスクは非常に弱く、結果的にホールの負の圧力となり、最終的にはマスクの欠陥につながる。マスクのこの層は負圧を減らすことができ、反対のマスクは生き残ることが容易である。片面のマスクは壊れています、エッチ液は穴に入ります、そして、壊れたマスクの側の銅は最初にエッチングされます。反対側において、マスクはエッチャントの出口をブロックし、エッチャントの交換はあまりに小さいので、キャビティパターンはさらに対称であり、一端は銅で厚く、他端は薄い。マスクダメージの程度によって状況は異なります。極端な場合には、全てのスルーホール銅をエッチング除去する。

直接めっき

直接電気めっきは従来の化学的銅堆積を回避するが、前処理工程の3種類があるなど：パラジウムマトリックスプロセス、炭素膜プロセス、および有機伝導性膜プロセス。触媒の堆積に影響を与える可能性があるあらゆる状況、またはポリマー導電性膜が堆積されると、モノマー堆積及びポリマー組成物の堆積は空隙を形成することができる。ほとんどの炭素膜，黒鉛及びパラジウム膜プロセスは，高分子電解質カチオンと反対電荷を含む有機触媒層を用いて適切な細孔壁調整に依存する。より良い触媒吸着を達成するために。当然のことながら、化学的銅堆積は、直接の電気めっきプロセスにおいて適切に適用される。もちろん、ここでは水素発生などの無電解銅浴の特別な問題は発生しない。

直接電気めっき法を使用する場合、ポーションサプライヤーが推奨する条件に従って実施しない場合は、いくつかの特別な問題が発生することが多い。例えば、カーボンフィルムプロセスにおいては、カーボン膜を堆積した後に基板表面を洗浄することは一般に推奨されない。なぜなら、ブラシは、孔のエッジ上の炭素膜粒子を除去するからである。この場合、電気めっきプロセスは、銅表面から孔の中心に時間的に入り込むことも困難である。一方、基板の片側のオリフィスカーボン膜をブラッシングすると、反対側から電気メッキを行うこともできる。しかし、電気メッキの結果は徐々に弱まり、電気メッキされた銅は他方の銅表面とは通信できないことがある。結果はマスキングプロセスにおけるマスク割れに類似している。炭素膜または黒鉛プロセスでは、触媒堆積後に軽石粉末を噴霧すると、ボイドも発生する。噴射された軽石粉末粒子は、高速に孔に入り、触媒層粒子を洗浄する。一方，黒鉛プロセスは軽石stucco処理に耐えることができると思われる。

銅めっきと鉛錫めっき（純錫めっき）に関連した孔

泡の内部原因

幸いなことに、酸銅めっき浴は非常に高いセル効率を持っているので、より良い浴における水素発生は小さな問題である。避けられるべきことは、高い電流密度および整流器変動のような水素発生を引き起こす可能性が高い条件であり、これは、短い大電流密度ドリフトを引き起こす。いくつかの錫/鉛浴や錫浴は銅浴よりも効率的です。水素発生は重要な課題となる。水素分画の生成を避けるための興味深い展開は，「反ピチオ化添加剤」の添加である。カプロラクタム誘導体のようなこれらの有機化合物は、水素分子を形成する前に原子を除去して酸化還元反応に関与する。水素の状態は気泡の発生を防止する。還元された「反ピット添加剤」は陽極で再酸化され、カソードに移され、サイクルを再始動する。

泡の外部原因

泡の最も明白な外部原因は、泡の前に穴に満ちている 板 溶液に浸す. 前に穴の空気を抜くために 板 入浴している, いくつかの電気めっき器具設計者は、間のある角度を形成することを実験した 板 フィクスチャ. パドル攪拌は穴から気泡を駆動するのに十分な圧力差を発生させる. 噴霧器を用いて圧縮空気攪拌板表面の液体（空気噴射）を使用することも、気泡を追い出すのに役立つ。もちろん, スプレー自体もガスの一種である, タンクに混ぜる, 空気は循環フィルタ・ポンプに入り、過飽和液体流を生成する, これは、収集位置で泡を形成する, また、穴壁の欠陥で気泡を形成する. 一部のメーカーはこの問題に悩まされ、空気なし攪拌（溶液溶射）を採用している。

電気めっきを妨げるレジスト残渣と気泡に加えて、空隙を電気めっきする原因となる他の明白な問題は、不十分な浸透と異物閉塞である。浴槽の浸透不良は真ん中に銅を出さないだろう。通常、孔の中心の銅の厚さは、許容基準を満たすのに十分ではない。酸銅めっき浴においては、銅/酸比の不均一性、浴汚染、低濃度、不十分な有機添加物、電流分布のばらつき、ブロッキング効果、攪拌などの原因により、粒子汚染が発生した場合は、循環不良やフィルターポンプの破損によるものであり、タンク反転の頻度が低すぎることが原因である。陽極袋は破損し、陰極膜は不良である。

エッチングされた銅に起因する空隙

電気メッキした金属レジストに問題があると、ビア内の銅がエッチング液に晒され、空隙が生じる。この場合、ボイドは、銅が未堆積銅ではなくエッチングされることに起因する。これは優先順位に反している。ここで、依然として、銅がエッチングされて空隙が生じるということを強調する必要がある。

銅の損失を引き起こす可能性のある第1の条件は、無電解銅堆積中に孔に残留水分がある場合、または次の操作の前に長すぎるために放置された場合、または腐食雰囲気である場合、銅は酸化される。銅はプリプレグ工程で溶解する。別の可能性は、めっきの前の過度のマイクロエッチングである。第二に、無電解銅の銅は落ちることがある。化学的銅析出の後に直接金属的または熱的に衝撃を受けた場合には見ることができる。そのような空隙の理由は、無電解銅浴の不適切な組成、処理溶液のエントレインメント、除染、触媒作用、または加速剤の不適切な調整による無電解銅の付着不良である。

ウェーブはんだ付け、ホットエアレベリング、または他の高温リフローはんだ付けステップまたはシミュレートされた熱応力試験では、銅壁欠陥（クラック、剥離）が発生する。このような問題の根本的原因は，穴の前処理と穴の金属化ステップに戻る必要がある。穴壁には多くの原因がある。製造工程によれば、ドリル加工などの前工程に遡ることができ、あるいは鉛/錫めっき時にのみ発生する。しかし、空洞の形状と位置は、問題の根源にいくつかの手がかりを問い合わせることができます。穴壁ボイドは、複数のプロセス条件の相互影響によって引き起こされることが多い。彼らは同時に行動するかもしれません、あるいは、彼らはシーケンスを持っているかもしれません。プロセスステップに沿って欠陥特性を慎重に分析することによってのみ、ルートポイントを鋭く見つけることができる。