镀通孔制程

镀通孔制程

一、前言

有通孔的电路板,其湿式制程是自镀通孔(Plated Through Hole,PTH)开始的。镀通孔PTH本身的制程也相当长,其全部目的就是要在非导体的孔壁上,建立一层密实牢固的铜金属层(目前的标准制程为铜导体,其它镍或非金属导体之商业化还在努力中),作为导体成为后来电镀铜的基地,故良好的PTH不尽是只做上能导电的薄铜层,而且要做上好品质的铜层,才能因应要求日严的SMT到来。本刊曾在16期已将多层板必须的“除胶渣”(Desmear)制程,以标准制程(SOP)的方式介绍过,现再将PTH制程中其余的部分叙述于后。希望对于初学者有所助益。

镀通孔目前的标准制程应为:

双面板

高品级者

上接钻孔、也应除胶渣

磨损及去毛头整孔→清洗→微蚀→清洗

多层板→除胶渣

活化→清洗→速化→清洗→化学铜→酸液中和→清洗→干燥

现将各制程站以原理、操作及讨论的方式叙述于后。

二、整孔(Hole Conditioning)

电路板在PTH制程之前,可说都是干式制程,至于内层板蚀刻及黑化后,还是要回到干式压板的,之后的钻孔及去毛头也与双面板无异。故整孔这一站将是干湿之分野,居品质的重要关键。

双面板完成钻孔后进入湿式这是第一站,多层板则是要先经除胶渣。此制程一直被视为电镀制程中之前处理清洁作用,其实除了清洁作用外还有把非金属不导电的孔壁作初步情况之整理,与安排使更牢固的接受金属化反应(metallization),这才是更重要的目的,故与电镀前之纯清洁,脱脂,及除锈作用有所不同。虽然也有的原文文章是用soak cleaning叙述这一站,但此站实在不能译为”脱脂”。此种使胶面及玻璃束断面进入良好金属化反应状况的”适况”(Conditioning)处理,主要是对孔壁预先做整理,以增加铜层的覆盖性及其附着力,故知此站对于后来的电镀铜层及焊锡性都有莫大的影响。

1.原理

此一整孔适况处理窍门的被发现也是非常偶然的,早期

的业者仍秉持着电镀前处理的观念,认为要将板子做好彻底清洁及活化后,才能去做金属化处理。但不管如何小心去做好此一孔壁的清洁前处理,总是不断的发生孔破(Voids),无法得到完整无缺的铜孔壁,但却在偶然中发现凡做过三氯乙烯蒸气蒸洗的板子,其镀铜情形就会好的很多,且又发现必须加有添加助剂的有机溶剂才有效,而这种添加剂多为阳离子性界面活化剂(Cationic Surfacants如第一代可溶于酸性常用之Certyl pyridinium bromide),于是才揭开了其中的奥妙。而且早期的操作是把清洁及整孔适况分成两道流程来做,现都已合并成一个槽液,作浸泡处理而方便很多了。

环氧树脂基材本身微带负电性之静电,经钻孔后其电荷又转为静电之微正电性,但经PTH制程之前处理除胶渣后又再变成负电性。若以此孔壁直接进行后来带负电的钯胶体的活化反应时,负负相斥当然就得不到附着力良好的处理层。而此整孔的制程恰能将负电性的孔壁又改变回正电性,以下即为其中的道理之所在。

在微碱性的槽液中,加有一种刻意选出的第二代可溶于碱性的特殊表面润湿剂,此种润湿剂在高温下的除油除污的效果比第一代更好。此种界面活化剂在水中会形成两极性(Bipolar)的分子,带正电的一端要恰好为亲水端(Hydrophilic end),带负电的另一端则为不亲水的疏水端(Hydrophobic end),于是当线路板浸入此种槽液中时,上述众多的界面活化剂分子,其每一疏水端就拼命的避开水,往无水的死角亲近并钻入,若板面上有任何污点外物附着时,都会被此等分子,由根部挤入而将污物及附着物自板子基材上除掉,而只剩下坚实良好的底材面,以达到清洁的目的。此种在微视( microscopical)下的动作可以说是无所不至无所不在的,且因此也使溶液表面张力已大副降低(纯水为73dyne/cm,此时可能降到30 达因/公分以下),故只要浸入在液中,各处死角所藏纳的污点外物都会被清除掉,使原来不亲水的地方也都能亲水了。于是此时板面上各处就会布满了一层界面活化剂的分子,而且全部疏水端都能紧紧的附着在板面上所有的地方,另端带亲水基则全部向外朝向水中,因而在完成清洁使命之余,又使板子表面对外有了一层正

静电性,此种带有正性静电的表面,对板子的后续金属化(metallisation)非常重要,因后来在活化槽中存在的钯团胶体分子(pd colloid)的外围,是带有数个氯离子而呈负电性的集团,于是经此正负静电之相吸作用下,使钯团能牢固的落在非导体的玻璃及树脂表面上,而完成了”下种”的反应(Seeding)。当然占有极大面积的铜皮板面上,也都附着有上述的界面活化剂的分子层。但经过后来故意设计的铜面”微蚀”后,绝大部份的润湿剂的分子层都被剥掉了。于是板子上只有在没铜非导体之孔避,及板子侧边上尚存有一层牢固的界面活化剂的分子,使得钯胶体及后来的化学铜,也都在该处沉积的较铜皮表面上更多,而完成一种孔壁多板面少的选择性化学铜镀层,这也就是许多药品供货商宣称他们的化学铜能更多镀在孔壁上,而很少浪费在板面铜皮上,是如何的神奇及经济,其实说穿了并不是那幺回事。

2.操作

目前市售的各种厂牌的整孔剂,都是以浓缩液出售的。配药时是以纯水稀释成为槽液(bath),要注意的是不可用自来水或地下水去配槽,因在碱性高温(60℃左右)中的长时间使用下,水中的杂质可能会与OH-形成不溶的胶体,一旦沉积物落在孔壁上将会造成孔破或镀层附着力不良的情形,故此处之纯水应不可省。

按供货商之配药指示将原液稀释成糟液,及加温至所订范围后,即可以浸泡方式(Soaking)处理板子。为使孔中清洁效果更好起见,应采机械往复式移动板子挂架,不宜用吹气搅拌。以防止发生太多泡沫及降低液温,处理的时间以5分钟左右为宜,若能连续过滤则可减少槽底淤泥而能延长槽液的寿命。

槽液的控制方法,则可用稀酸滴定并按原供应计算公式进行补充(Replenishing)即可,至于何时换槽,即可按原厂建议,或密切注意孔壁的品质,而自定政策。

3.讨论

3.1 原本鲜红的铜面,经过整孔处理后,铜面会变成明显的土黄色,原本不沾水亲水的板面,也立即在处理后的热水及冷水清洗时,发现亲水性相当不错,一旦发现土黄色不均匀或亲水性不良时,则表示可能有问题了。以种土黄色的铜面,只要