盲孔和通孔同步电镀工艺-solidst

印制线路板盲孔电镀填充工艺

熊海平

摘要介绍了一种利用直流电源进行微盲孔和通孔同时电镀的工艺，同时给出了相关的工艺条件和电镀效果。

关键词盲孔通孔同步电镀

Printed Circuit Board Micro-via′s Filling Process Abstract This paper introduced a copper plating process for micro-via filling and through hole plating simultaneously in DC application. Meanwhile, the plating parameters and results were been expressed

Key Words Micro-via filling through hole plating

0 前言

微盲孔（Blind Micro-via）电镀铜填充多用于IC晶片载板产业，在电子产品轻、薄、短、小化的发展趋势要求下，印制线路板的布线密度越来越高,这就要求板上的孔径必须越来越小.在导通盲孔上直接叠孔的结构是实现最高布线密度的有效方法之一.就常规的垂直线电镀经验而言，一般通孔中的电镀层厚度要小于板面电镀铜层的厚度，由此可推断，盲孔在电镀过程中，由于受电镀液在孔内的对流性差以及其它客观条件的限制，要想得到理想的填充效果，存在相当大的技术难度。因此，水平电镀设备，脉冲电源等被应用来解决这类难题。是不是垂直电镀线就没办法使盲孔和通孔在同一制程中达到理想的电镀效果呢？事实并非如此，只要我们对设备合理改进，设定合理的工艺流程和参数，对孔径在180微米以下，深度不超过100微米的任意孔径/深度的盲孔，一般能得到较完美的填充。

1．设备要求

毫无疑问，传统的阴极移动加空气搅拌的垂直线电镀方式是不可能圆满完成盲孔填充任务的，必须在此基础上对设备进行适当的改造。最常见的改进方法是，添加高速循环泵，如果电镀槽尺寸许可，在阴极两侧添置两排喷射管，让经循环泵高速流出的镀液，经喷管喷射阴极范围内的有效电镀区域。很多设备商已经在此方面做了相当成功的研究，生产线上已不乏成功使用的范例。

2．工艺流程及电镀参数设定

酸性电镀铜添加剂中的各组份功能和作用原理在很多文献中有详尽的描述，一般而言，常规的全板和图形电镀添加剂中包含着加速剂、抑制剂、润湿剂等主要成分，它们的作用和功能各异，电镀的效果取决于它们的协同效应。作为盲孔电镀的添加剂，如果继续采用这种常规的方式，很难得到理想的填充效果，因为加速剂在孔周的吸附浓度远大于盲孔内壁和底部吸附浓度，铜离子在孔周的交换速率也远大于孔内，因此，在孔周镀层增长速度远大于孔底和孔壁，最终结果如果往往是在盲孔填充过程中，孔内容易出现空洞，如图1。

图1. 盲孔填充过程中常出现的空洞形态

要想有效地解决这类问题，仅仅对配方中各有效成份配比进行调整是不够的，在工艺流程上做一些改进能收到意想不到的效果。索立得公司根据长期的中试和用户使用结果，推荐采用如下的电镀工艺流程和控制参数（如表1）。

表1 电镀工艺流程及参数

工艺步骤时间(sec.) 温度(°C) 其它要求

酸性除油180 30 震动

水洗一40 25

水洗二60 25

微蚀20 25

水洗40 25

DI 水洗60 25

预浸300 25 震动

电镀铜0.75ASD，电镀15分钟+ 1.5ASD电镀60~90分钟

其它控制参数

S阳：S阴~ 1.5:1

喷射泵流速10 GPM

预浸液配制

SLD-1 25%（v/v）

浓硫酸0.25%(v/v)

电镀铜槽配制

五水硫酸铜180~220克/升

浓硫酸90~120克/升

氯离子60~80ppm

SLD-2 3~6毫升/升

需要说明的是，表1中的流程对各种设计要求的板基本一致，但电镀控制参数则需根据用户要求和孔径及深度，盲孔、通孔分布状况等作相应的调整。具体操作参数最好依据试验板试镀结果而设定。

流程中的预浸过程不同于普通电镀中的酸洗，在此槽液中，含有电镀加速剂，这样做的目的在于，在电镀前让盲孔和通孔内壁充分吸附加速剂，进入电镀槽后，由于吸附在盲孔内的加速剂浓度比板面所吸附的高，因此，镀层增长速度要明显高于板面铜增长速度。如图2。对于同板上的通孔，也由于同样的理由，基本上能保证孔内镀层与面铜厚度接近，从而得到良好的电镀效果。如图3。

图2. 填充过程中的盲孔图3. 填充完成后通孔镀层

3．影响填充效果的因素

3.1 盲孔填充率的计算方式

对于盲孔填充效率的计算方法，不同的企业所遵循的计算方式并不完全一致，这里推荐欧洲常用的计算方法。如图4。

填充效率=[100A /（B-C）] %

图4 计算填充率时盲孔微切片中尺寸标注

3.2 电镀参数对填充率的影响

这里所指的电镀参数包括电流密度和电镀时间，根据索立得公司经验，一般推荐分两阶段完成盲孔填充过程。第一阶段电流密度为0.75ASD，电镀15~20分钟内，然后增大电流密度至1.5ASD电镀60~75分钟。电镀时间过短或电流密度过小，都会导致填充不良。如图5。

时间不够导致填充不良填充良好

图5 电镀时间对填孔效果的影响

3.3 预浸液浓度对填充率的影响

预浸液浓度直接影响盲孔填充效率和通孔的深镀能力，该工作液应保持在80%~120%的有效浓度范围内，浓度太低，孔内吸附加速剂量少，填充速度慢，浓度过高，带入电镀槽加速剂过多，活性炭处理次数也增多。如图6。

预浸液浓度过低时效果预浸液浓度正常时效果

图6预浸液浓度对填充率的影响

3.4 不同盲孔设计尺寸的填充效果

利用直流电源在垂直线上进行盲孔填充，孔的尺寸对填充效果有很大的影响。就目前所涉及的各种类型的孔而言，孔径小于180微米，深度小于100微米，能得到理想的填充效果。当孔径/孔深大于5 ：1，而且孔径大于200微米以上时，一般很难得到理想的填充效果。如图7。

孔径/孔深> 5 ：1 2 ：1 1 ：1 0.8 ：1

填充效果

图7不同盲孔设计尺寸的填充效果

4．总结

对现有垂直电镀线进行适当的改造，可以完成盲孔和通孔同步电镀。采用预浸吸附加速剂的方法，是解决同步电镀的简单而有效的方法。分阶段设定电流密度和电镀时间，能使电镀效率最大化。对深度50微米以上，孔径/孔深不超过5：1的盲孔，利用上述工艺能达到满意的填充效果。

参考文献（略）

作者联系方式：solidst@