PCB双面板通孔镀铜工艺

PCB双面板通孔镀铜工艺

7.1制程目的

双面板以上完成钻孔后即进行镀通孔(Plated Through Hole , PTH)步骤，其目的使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化( metalization ), 以进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。

1986年，美国有一家化学公司Hunt 宣布PTH不再需要传统的贵金属及无电铜的金属化制程,可用碳粉的涂布成为通电的媒介，商名为"Black hole"。之后陆续有其他不同base产品上市, 国内用户非常多. 除传统PTH外, 直接电镀(direct plating)本章节也会述及.

7.2制造流程

去毛头→除胶渣→PTHa一次铜

7.2.1. 去巴里(deburr)

钻完孔后,若是钻孔条件不适当,孔边缘有1.未切断铜丝2.未切断玻纤的残留,称为burr.因其要断不断,而且粗糙,若不将之去除,可能造成通孔不良及孔小,因此钻孔后会有de-burr制程.也有de-burr是放在Desmear之后才作业.一般

de-burr是用机器刷磨,且会加入超音波及高压冲洗的应用.可参考表4.1.

7.2.2. 除胶渣(Desmear)

A.目的:

a. Desmear

b. Create Micro-rough增加adhesion

B. Smear产生的原因:

由于钻孔时造成的高温Resin超过Tg值，而形成融熔状，终致产生胶渣。

此胶渣生于内层铜边缘及孔壁区，会造成P.I.(Poor lnterconnection)

C. Desmear的四种方法:

硫酸法(Sulferic Acid) 、电浆法(Plasma)、铬酸法(Cromic Acid)、高锰酸钾法(Permanganate).

a. 硫酸法必须保持高浓度，但硫酸本身为脱水剂很难保持高浓度，且咬

蚀出的孔面光滑无微孔，并不适用。

b. 电浆法效率慢且多为批次生产，而处理后大多仍必须配合其他湿制程处理，因此除非生产特殊板大多不予采用。

c. 铬酸法咬蚀速度快，但微孔的产生并不理想，且废水不易处理又有致癌的潜在风险，故渐被淘汰。

d. 高锰酸钾法因配合溶剂制程，可以产生微孔。同时由于还原电极的推出，使槽液安定性获得较佳控制，因此目前较被普遍使用。

7.2.2.1 高锰酸钾法(KMnO4 Process):

A.膨松剂(Sweller):

a. 功能:软化膨松Epoxy，降低Polymer 间的键结能，使KMnO4 更易咬蚀形成Micro-rough 速率作用Concentration

b. 影响因素: 见图7.1

c. 安全:不可和KMnO4 直接混合，以免产生强烈氧化还原，发生火灾。

d. 原理解释:

(1) 见图7.2

初期溶出可降低较弱的键结，使其键结间有了明显的差异。若浸泡过长，强的链结也渐次降低，终致整块成为低链结能的表面。如果达到如此状态，将无法形成不同强度结面。若浸泡过短，则无法形成低键结及键结差异，如此将使KMnO4咬蚀难以形成蜂窝面，终致影响到PTH的效果。

(2) Surface Tension的问题:

无论大小孔皆有可能有气泡残留，而表面力对孔内Wetting也影响颇大。故采用较高温操作有助于降低Surface Tension及去除气泡。至于浓度的问题，为使Drag out降低减少消耗而使用略低浓度，事实上较高浓度也可操作且速度较快。

在制程中必须先Wetting孔内壁，以后才能使药液进入作用，否则有空气残留后续制程更不易进入孔内，其Smear将不可能去除。

B. 除胶剂(KMnO4 ):

a. 使用KMnO4的原因:选KMnO4而未选NaMnO4是因为KMnO4溶

解度较佳,单价也较低。

b. 反应原理:

4MnO4- + C + 4OH- → MnO4= + CO2 + 2H2O (此为主反应式)

2MnO4- + 2OH- → 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (此为高PH值时自发性分解反应)

MnO4- + H2O → MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (此为自然反应会造成Mn+4沉淀)

c. 作业方式:早期采氧化添加剂的方式，目前多用电极还原的方式操作，不稳定的问题已获解决。

d. 过程中其化学成份状况皆以分析得知，但Mn+7为紫色, Mn+6为绿色,Mn+4 为黑色，可由直观的色度来直接判断大略状态。若有不正常发生，则可能是电极效率出了问题须注意。

e. 咬蚀速率的影响因素: 见图7.3

f. 电极的好处:

(1).使槽液寿命增长

(2).质量稳定且无By-product，其两者比较如图7.4:

g. KMnO4形成Micro-rough的原因: 由于Sweller造成膨松，且有结合力之强弱，如此使咬蚀时产生选择性，而形成所谓的Micro-rough。但如因过度咬蚀，将再度平滑。

h. 咬蚀能力也会随基材之不同而有所改变

i. 电极必须留心保养，电极效率较难定出绝对标准，且也很难确认是否足够应付实际需要。故平时所得经验及厂商所提供数据，可加一系数做计算，以为电极需求参考。

C. 中和剂(Neutralizer):

a. NaHSO3是可用的Neutralizer之一，其原理皆类似Mn+7 or Mm+6 or Mn+4(Neutralizer)->Mn+2 (Soluable)

b. 为免于Pink Ring，在选择Acid base必须考虑。HCl及H2SO4系列都有，但Cl易攻击Oxide Layer，所以用H2SO4为Base 的酸较佳。