PCB化学镀铜背光详解

PCB化学镀铜背光详解

线路板 PCB 制作是一个复杂的，多级加工的过程，在生产过程中控制不当 就可能产生很多的报废和品质缺陷。无论是使用传统的化学铜 PTH 还是新式的 直接电镀 制程，电镀前的通孔和盲孔的金属化是一个复杂的操作过程。为保证 生产线产量最大化， 使用合理的检测方法和手段来使整个流程良好有效运作是必 要的。另外，控 制流程中每个处理处理步骤的参数和每个部分处理后的处理效 果的确认评估是一样重要。这需要对生产线现场有清晰直接的了解：包括对现场 制程难以想象的多次仔 细检查，现场的原材料的不断变化和提供经过确认的各 个制程的控制方法。

对 PTH 制程镀通孔的沉积覆盖率的评估和监控(PTH process)是一个十分 重要的质量控制的检查， 这样可以确保化学铜沉积处理后的镀层可以有效的提供 后续镀通孔的导电和其他性能要求，也可以及时发现生 产线的一些无法预知的 问题及时地在该环节流程进行必要的或者可能返工处理。

定期的进行背光和前光检测来监控化学铜沉积质量和覆盖率，是预防和 有 效减少化学铜制程镀层 不良缺陷的最佳方法。 背光测试可以检查出生产线上化 学铜的沉积不良或者不完整的镀层（背光不良，化学铜沉积不连续），前光测试 可 以看到化学铜沉积覆盖不良区域的位置（如环氧树脂或者玻璃纤维）和化学 铜的沉积状况，亦即环氧树脂，玻璃纤维和内层铜环处的化学铜结合状况。使用 合理有效 地背光测试方法， 可以有效监控和检测来自PTH生产线的产品的整个 沉铜覆盖率/背光状况的变化，可以使用相对较少检测频率检查出生产线上少量， 不确定的孔 无铜问题，例如可能因为钻孔不良，钻孔毛刺/披锋，钻污等造成的。

取样频率:

虽然对生产过程中的每个挂具/挂篮都取样来监控化学铜镀层质量是最好， 但是这也是不太现实的。 每个客户需要根据他们的品质要求来建立一个合理适当 的取样频率，既可以确保生产线在客户的品质要求的制程控制范围，也可以在使 用较少的取样频率和必须的检测成本之间取得平衡。

一种常见方法是从生产线上沉铜后的每个挂具或者挂篮上抽取一块板进行 取样检查，但是一般每四个样品检查一次背光和前光。如果发现问题，再检查取 样挂篮/ 挂具的其他生产板。另外，如果发现在同一挂具或者挂篮不同位置的生 产板背光出现差异，最好从从挂具或者挂篮不同位置进行取样检测。

背光或前光 测试一般使用生产板板边科邦孔（样品孔，样孔列）作为检测。 一般是不同孔径，孔中心在同一轴线上的 5­10 个孔。根据生产板类型选择不同 孔径的孔进行检测 评估。生产上，我们一般多倾向于选择孔径在0.016 "­0.043 之间的孔(0.4 mm­1.1mm)。一般小于0.016 "(0.4 mm）的孔一般比较难于取样， 相对较少；孔径大于 0.043（1.1mm)的孔一般作为插件装配孔，很少要求电气 互连功能。背光测试孔最好选择生产板上下 板边位置至少有0.5 "（6.0毫米）， 这样， 测试孔上下位置的其他孔才可能保证在背光检测过程与测试样孔背光的稳 定均一性。下面有几种常用的背光检测样品取样方法：

首选方法： 一般把背光测试样孔合并设计到生产板的空白区域或者板边边缘

区域，多数在板边外缘。可以从挂具/挂篮的生产板上取一些板边科邦孔，而不 需损坏成 品线路图形。 这种方法同时也受一些相关的生产批量和其他具体参数， 譬如钻孔或者基板材料等因素影响。其他两种方法也许会用到：

1.从生产线最常见的板料取样，最好从一个生产板件上取样时可以或者尽可 能抽取不同孔径的孔；

2.使用钻孔报废板作为检测板；

使用上述两种取样方法，沉铜挂板方式是一个外来重要影响；因为它们可 能会和生产板一起在槽液中经过槽液流动搅拌， 空气搅拌和机械摇摆过程暴露在 液位上；然 而上述两种方法的缺陷是会有很多特定因素影响，如试验板板材类 型，钻孔参数等一些不能检测的因素。把背光测试样品直接拼到生产线的生产板 上是唯一可以实际 监控现场生产状况的直接方法。

取样方法：

取样板一旦经过PTH处理后，可以使用铣床，锯子，冲床等工具取样。为 方便后续处理，取样时最好冲切边缘和测试孔保持足够距离（一般是3­5mm）。 进行 背光或者前光测试，样品一般通过剪切或者研磨到测试排孔的中央轴线， 要保证孔内没有毛刺和脏物粉尘等，然后从测试孔背后研磨到孔边（一般是 1­3mm）， 这样可以保证背光测试的光线可以顺利穿过测试样。另外，样品制 作过程不可以人为损坏测试孔表面。取样后，不管使用金刚石刀片切开测试孔或 者通过抛光盘研磨 抛光到孔中部附近，先用120或者240砂纸去除样品切片板 边或孔边毛刺，然后再用 400 或者 600 号砂纸进行研磨抛光。抛光研磨时，最 好使用小镊子夹紧 测试样进行研磨。如图一所示。首先从测试样孔后面研磨 1­2mm，然后翻转，用镊子夹紧这1­2mm区域研磨正面。研磨后水洗烘干即可。 注意镊子不可以损 伤测试孔。

备注：取样后，样品要保持干燥，减少试样周围空气流通，特别是对于这样 一些测试样情况：在除胶渣过程中难于除胶和调整的板料，化学铜和基材之间结 合程度不好，在外层铜箔和非导电基材之间的化学铜容易发生部分氧化。

图1：样品制作

图2：样品外观

测试样检查：

样品可以使用 50­200 倍放大镜或者金相显微镜观察。先使用上光聚焦， 然后使用下光观察背光状况。透光区域则是化学铜沉积覆盖不良区域。要检测样 品的每 一个测试孔。评估标准有很多，我们喜欢使用 0,5­5.0 的测试标准级数 （实际上大陆更多的是使用原希普列 10 级标准级数表）。5.0 代表完全的化学 铜覆 盖率。我们使用一系列的标准图，可以有效保证在不同员工之间进行背光 操作的一致性和稳定性，这些图片通常作为背光检查评估标准和操作指南。

图3：背光级数表

背光检测的验收标准不同客户要求不同， 通常要求生产线沉铜背光在4.25级 （或 者8级）以上，这样就可以保证后续电镀孔铜覆盖率和均匀性，满足客户品质要 求。

结果说明：

通过下光检查背光效果，通过前光，检查确定孔无铜区域的位置（树脂或 者玻璃纤维），孔内微空洞类型，化学铜沉积状况和沉积镀层质量。为了保证沉 铜评估检 测的客观性，减少人为因素，我们使用下面一些术语来更加准确的判 定通过背光和前光测试检测到的沉铜覆盖率，沉铜层沉积状况。

1.TOG玻璃纤 维沉铜层偏薄（Thin Plating on Glass）：

玻璃纤维处特别是纵向纤维处，沉铜层太薄，背光观察时，部分光线穿过出现轻 微透光现象。主要是化学铜制程沉积速率过慢造成。出现这种问题的 主要原因 化学铜拖缸时间不够，活性不足或者槽液活性尚未起来，化学铜槽液管控不当， 前处理碱性除油调整不足或者活化不良，除油后或者活化后水洗过度，除油 后 微蚀处理时间过长等；