整理鍍覆孔的質(zhì)量控制和檢測方法.doc

1、鍍覆孔的質(zhì)量控制和檢測方法隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，多層和積層印制電路板在電子工業(yè)中獲得廣泛的應用，并且對可靠 性的要求越來越高。而鍍覆孔作為貫穿連接多層與積層式印制電路板各層電 路的導體，其質(zhì)量的優(yōu)劣對印制電路板的可靠性有著很大的影響。因此，在 印制電路板生產(chǎn)過程中對鍍覆孔的質(zhì)量控制和質(zhì)量檢測，對鍍覆孔的質(zhì)量保 證起著非常重要的作用。在印制電路板制造程序中，對鍍覆孔質(zhì)量影響較大的工序主要是數(shù)控鉆 孔、化學沉銅和電鍍等。要實行質(zhì)量跟蹤與檢測，就必須根據(jù)不同的工序的 特點，制定與建立控制要點和設(shè)立控制點，并采取不同的工藝方法和檢測手 段，實現(xiàn)隨機質(zhì)量控制。為更加深刻地了解各工序的工藝特性，就需分

2、別加 以研究與討論。一.鉆孔質(zhì)量的控制鉆孔是印制電路板制造的關(guān)鍵工序之一。對于鉆孔工序而言，影響孔壁質(zhì)量的主要因素是鉆頭的轉(zhuǎn)速和進刀速度。要設(shè)定正確的鉆孔工藝參數(shù)，就必 須了解所采用的基板材料的性質(zhì)和特點。否則所設(shè)定的工藝參數(shù)：轉(zhuǎn)速、進 刀速度等所鉆的孔就達不到技術(shù)要求， 嚴重的就會造成孔壁環(huán)氧鉆污或拉傷， 以致在后工序沉銅或電鍍過程中產(chǎn)生空洞、鍍瘤等缺陷。根據(jù)這種情況，就 必須采用工藝試驗法，也就是將進廠的基板材料進行實驗，設(shè)定不同的進刀 速度和轉(zhuǎn)速進行組合鉆孔，再經(jīng)化學沉銅后，采用金相剖切法對切片呈現(xiàn)的孔鍍層圖像與實物進行評估， 確定最隹的工藝參數(shù)范圍， 以便 在生產(chǎn)過程中 根據(jù)不同廠家供

3、應的基板材料調(diào)整工藝參數(shù)。當然，在鉆孔工序中其它影響孔壁質(zhì)量有因素也必須予以重視和控制。 如 鉆頭的質(zhì)量及鉆孔過程所使用的上蓋板下墊板材料、鉆孔過程的吸塵系統(tǒng)和 疊層的數(shù)量等。二沉銅工序的質(zhì)量控制化學沉銅是鍍覆孔過程的第一步， 它的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響電鍍的質(zhì)量。 因 此確?；瘜W沉銅層的質(zhì)量，是保證通孔電鍍質(zhì)量的基礎(chǔ)。為此，必須嚴格地 對化學沉銅槽液進行有效的控制和檢測。這因為化學沉銅溶液在生產(chǎn)過程中 溶液的各種成份會有很大的變化，除了實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的作用外，還應采 取定期定時的抽查分析溶液中各種成份的含量是否符合工藝規(guī)范要求，以確 保溶液正常工作。 根據(jù)化學沉銅機理主要控制其沉積速率及沉積層的

4、密實性。 化學沉銅的沉積效果檢測的主要項目是沉積速率和背光試驗來進行。（1）沉銅速率的控制和檢測根據(jù)化學沉銅的反應化學原理， 對化學沉銅速率的主要影響因素有二價銅 離子濃度、甲醛濃度、PH值、添加劑、溫度和溶液攪拌等。所以，每當溶液 工作一段時間（時間的長短由溶液的負載量來決定） ，就采用一塊試驗板（帶 有孔）隨產(chǎn)品流過沉銅生產(chǎn)線，以測試其沉銅速度是否符合工藝技術(shù)指標與 要求。如符合工藝要求，產(chǎn)品板還必須使用檢孔鏡對產(chǎn)品板進行檢查后轉(zhuǎn)入 下道工序。 如未符合工藝要求， 就必須進行背光實驗作進一步的測試與判斷。 測試沉銅沉積速率和背光試驗的具體工藝方法如下：1沉積速率的測定：首先將剝掉銅的基板，

5、剪裁成尺寸為 100X 100mm （即卩1dm2在試驗板上一排小孔，留著背光試驗用。測定沉積速率的板沉銅前后均在120C下烘1小時再稱重。沉銅速率可通過下式計算：S = （ W2- W1 /t 5.580式中：S沉銅速率（m/min）W1沉銅前試驗板重量（g）W2-沉銅后試驗板重量（g）T 沉銅時間（min）5.580 每沉積 1 克銅新增加銅層厚度（ （m）2背光實驗的檢測：主要檢測沉銅層的致密度。 評定的標準要根據(jù)所采用的供應商提供的標準 而定。德國先靈公司將沉銅層的致密度分為 12個背光等級， 最高為 5 級，最 低為 0.5 級；其它公司所提供的等級標準各有不同，都有評定的合格標準，

6、 如背光等級低于合格標準，就說明沉銅層的致密度差，其最終的電鍍質(zhì)量也 就無法保證。其具體的方法就是將試驗板切一塊帶有孔的基板材料作試樣， 經(jīng)過鋸切或磨制到孔中心位置（即中心線上） 。測試時利用光從底面射入，然 后使用 100倍放大鏡進行檢查即可。通過上述兩種控制沉銅質(zhì)量的工藝方法， 就可以進一步確定孔壁質(zhì)量的可 靠性，當轉(zhuǎn)入下道工序進行電鍍銅時，只要能夠嚴格的控制電鍍工藝參數(shù) 就可以達到最終的技術(shù)標準和技術(shù)要求。三電鍍銅層質(zhì)量的控制通孔電鍍銅層質(zhì)量控制是非常重要的， 因為多層或積層板向高密度、 高精 度、多功能化方向的發(fā)展，對鍍銅層的結(jié)合力、均勻細致性、抗張強度及延 伸率等要求越來越嚴，也越來

7、越高，因此對通孔電鍍的質(zhì)量控制就顯得特別 重要。為確保通孔電鍍銅層的均勻性和一致性，在高縱橫比印制電路板電鍍 銅工藝中，大多都是在優(yōu)質(zhì)的添加劑的輔助作用下，配合適度的空氣攪拌和 陰極移動，在相對較低的電流密度條件下進行的，使孔內(nèi)的電極反應控制區(qū) 加大，電鍍添加劑的作用才能顯示出來，再加上陰極移動非常有利于鍍液的 深鍍能力的提高，鍍件的極化度加大，鍍層電結(jié)晶過程中晶核的形成速度與 晶粒長大速度相互補償，從而獲得高韌性銅層。當然，電流密度的設(shè)定是根據(jù)被鍍印制電路板的實際電鍍面積而定。 從電 鍍原理解度分析，電流密度的取值還必須依據(jù)高酸低銅電解液的主鹽濃度、 溶液溫度、添加劑含量、攪拌程度等因素有關(guān)

8、?？傊獓栏窨刂齐婂冦~的 工藝參數(shù)和工藝條件， 才能更能確?？變?nèi)鍍銅層的厚度符合技術(shù)標準的規(guī)定。 但必須通過評定，做法如下：（1）孔壁鍍銅層厚度的測定根據(jù)標準規(guī)定，孔壁鍍銅層的厚度應 （25 微米。鍍銅層過薄會導致孔電阻 超標，而且還有可能經(jīng)紅外熱熔或熱風整平過程中出現(xiàn)孔壁銅層的破裂。具體的測定方法就是利用金相切片， 選擇孔壁鍍層內(nèi)最薄的部位不同位置 三個測點，進行測試，將其測試結(jié)果取平均值。2）孔壁銅層熱應力的測試孔壁在電鍍過程中， 鍍層會有應力產(chǎn)生。 特別當電鍍液潔凈度不高的情況 下，孔壁鍍銅層的應力就大，通過熱應力的試驗 ，孔口處會因為應力集中而 產(chǎn)生開裂；如果電鍍質(zhì)量高的話，其產(chǎn)生的

9、應力就很小，通過熱應力試驗后， 其金相部切的結(jié)果， 孔口未開裂。 通過測試結(jié)果就可以確定其生產(chǎn)還是停產(chǎn)。上述所談及的有關(guān)鍍覆孔質(zhì)量的控制問題， 是最普遍采用的工藝措施和方 法。隨著高科技的發(fā)展，新的控制系統(tǒng)就會出現(xiàn)，特別全封閉式水平生產(chǎn)流 水線上采用“反脈沖技術(shù)” 的供電方式逐步取代直流供電形式， 達到解決深 導通孔與深盲孔電鍍問題已取得更加明顯的經(jīng)濟和技術(shù)效果。高縱橫比導通孔 電鍍技術(shù)印制電路板制造業(yè)越來越需要高縱橫比、小孔印制電路板的電鍍工藝。 它 是推動高層數(shù)多層印制電路板制造技術(shù)發(fā)展的動力。因為孔鍍層的可靠性， 對印制電路板的運用起到了關(guān)鍵性的作用。 如何確保高縱橫比深孔電鍍問題， 是

10、所有印制電路工作者的科技任務，是必須面臨的最重要問題。為此，很多 研究部門著手進行有計劃的研制和開發(fā)。從當前的科技資料報導推芨的方法 很多，其中有脈沖電鍍技術(shù)、化學氣相沉積技術(shù)、溶液沖擊電鍍技術(shù)、全化 學鍍銅技術(shù)和改進型（高酸低銅）的空氣攪拌技術(shù)等。現(xiàn)將這部分技術(shù)分別 簡介如下：一脈沖電鍍工藝技術(shù)脈沖電鍍技術(shù)，早已運用于電鑄成型工藝中，是比較成熟的技術(shù)。但運用 在高縱橫比小孔電鍍還必須進行大量的工藝試驗。因脈沖電源不同于一般的直流電源，它是通過一個開關(guān)元件使整流器以 US的速度開/關(guān)，向陰極提供脈沖信號，當整流器處于關(guān)的狀態(tài)時，它比直流電更有效地向孔內(nèi)的邊界層 補充銅離子，從而使高縱橫比的印制

11、電路板沉積層更加均勻。目前已研制的 脈沖整流器運用在全封閉式水平電鍍生產(chǎn)流水線上，使用的效果取得極為明 顯的經(jīng)濟和技術(shù)成效。采用了“定時反脈沖”按照時間使電流在供電方式上忽而正鍍忽而反鍍 （即陽極溶解）按照時間比例交替進行，使電度銅的沉積很難在常規(guī)供電方 式取得相應的銅層厚度而得以解決。當陰極上的印制電路板處于反電流時， 就可以將孔口高電流密度區(qū)銅層迅速得到迅速的溶解，由于添加劑的作用， 對低電流密度區(qū)影響卻很微，因而將逐漸使得孔內(nèi)銅層厚度與板面銅的厚度 趨向于均等。反脈沖技術(shù)應用到印制電路板生產(chǎn)中， 很好的解決了多層板與積層板上面 的深孔或深盲孔（縱橫比為 1:1 以上指盲孔而言）電鍍的難題

12、。它與常規(guī) 的供電方式電鍍銅進行比較，其數(shù)據(jù)列表如下：表 4 直流與脈沖對深孔鍍銅的比較樣板孔長（ 板厚 ）（mm）孔徑(mm)縱橫比電流密度ASD 脈沖 直流電鍍銅 反波/正 波電流比 (%) 正反時 間比(ms)分布力(%)全程時間(分)分布力(%)全程時 間(分)A2.40.38:13.331020/1.09258751133.20.310.7:13.025020/1.0784570-7570二化學氣相沉積技術(shù)化學氣相沉積是沉銅工藝方法之， 它是將氣相中的一種組份或多種組份 聚積于基體上，并在基體上發(fā)生反應，產(chǎn)生固相沉積層。而化學氣相沉積屬 于原子沉積類，其基本原理是沉積物以原子、離子、

13、分子等原子尺度的形態(tài) 在材料表面沉積，形成外加覆蓋層，如果覆蓋層是通過化學反應形成的，則 稱為化學氣相沉積（CVD,其過程包括三個階段即：物料氣化、運到基材附 近的空間和在基體上形成覆蓋層。該技術(shù)發(fā)展很快，它所得以迅速發(fā)展，是 和它的本身的特點分不開的,其特點是：沉積物眾多,它可以沉積金屬；能 均勻涂覆幾何形狀復雜的零件,這是它具有高度的分散性；涂層與基體結(jié)合 牢固；設(shè)備簡單操作方便。采用 CVD新技術(shù)的目的在于解決高縱橫比小孔電 鍍問題，提高生產(chǎn)效率和鍍層的均勻性和物化性能及使用幫命。最常用 CVD 的新技術(shù)有脈沖CVD法、超聲波CVD等。化學氣相法沉積技術(shù)的應用，還必須做大量的工藝試驗，使

14、該項新技術(shù)， 能在解決高縱橫比深孔或積層式的深盲孔電鍍上起到應有的作用。三溶液沖擊電鍍銅工藝技術(shù)它是和電鍍金生產(chǎn)線高速流動的金液沖擊印制電路板插頭的表面進行電 鍍的原理同樣的工藝方法。其具體的實施方法就是在電鍍槽中安裝 2個 5馬 力的的馬達，迫使陰極附近的溶液以 0.56 1.12kg/cm2 的壓力噴出管道上孔 徑為12.7mm的孔，射向印制電路板的一邊，然后從印制電路板的另一邊流出， 電鍍通孔的進出口壓力不同，兩管道平行放置，溶液以1 50250 克/分鐘的流速循環(huán)通過管道，這提高板面鍍層的均勻性，陰極并以50.8MM的半徑旋轉(zhuǎn)， 而不是平行來回移動，沖擊電鍍與常規(guī)的空氣攪拌電鍍相類似，

15、都依賴于化 學特性和電氣特性。這一種類型的工藝方法，給槽體系統(tǒng)的制造帶來一些系 列的因難， 因為要適應這種工藝方法的需要，還必須設(shè)計一套復雜的專用泵、 特殊的夾具和電鍍槽的結(jié)構(gòu)形式，能否很快地運用到解決高縱橫比小孔電鍍 銅問題，這需很長一段時間，但從原理分析，應是可行的，但需要作很大的 改進。四全化學鍍銅工藝技術(shù)全化學鍍銅工藝方法解決深孔電鍍問題以是一種途徑， 它是利用化學催化 作用，而不是電氣作用來沉積銅，由于不需要施加電流，因而也就不存在由 于電流分布不均勻而導致的鍍層分布不均勻的問題。全化學鍍銅的沉積速率 為1.78 2.03(m/hr，按照這個速率沉積30(m的銅層需要18小時以上，生

16、產(chǎn) 效率很低， 但它的工作負載高達 0.250.5 平方英尺/4.5 升(0.050.10 平 方米/升）而電化學方法的工作負載只有 0.002 平方米/ 升，其化學組份采用 自動分析儀來控制，在生產(chǎn)過程中沉積速度可以采用沉積速度試驗板來定期 監(jiān)控。如把此種類型的工藝技術(shù)用生產(chǎn)自動流水線上，僅需要在現(xiàn)有的化學 沉銅線上增加一個 10弱腐蝕槽和一個全化學沉銅槽就可以了。但從試驗報 告中獲知，此種類型的工藝方法，對通孔電鍍能力很強，表面與孔鍍層厚度 比接近 1:1 ，但它的最大缺陷就銅層的最重要的物性延伸率只有 23， 離標準差距較大，而且鍍層脆，特別是經(jīng)熱沖擊后銅鍍層容易產(chǎn)生破裂。五改進型空氣攪

17、拌電鍍技術(shù)空氣攪拌電鍍體系， 此種類型的工藝方法已被諸多廠家運用于生產(chǎn)流水線 上，取得較明顯的技術(shù)效果。該工藝體系是采用印制電路板來回移動攪拌溶 液，使孔內(nèi)的溶液得到及時交換，同時又采用高酸低銅的電解液，通過提高 酸濃度增加溶液的電導率，降低銅濃度達到減小孔內(nèi)溶液的歐姆電阻，并借 助優(yōu)良的添加劑的配合，確保高縱橫比印制電路板電鍍的可靠性和穩(wěn)定性。 根據(jù)電解液的特性，要使得深孔電鍍達到技術(shù)要求，就必限制電流密度的取 值，原因是因為歐姆電阻的直接影響，而不是物質(zhì)的傳遞。重要的是確?？?內(nèi)要有足夠的電流，使電極反應的控制區(qū)擴大到整個孔內(nèi)表面，使銅離子很 快的轉(zhuǎn)化成金屬銅，為此應把常規(guī)使用的電流密度值

18、降低到 50 使電鍍通 孔內(nèi)的過電位比高電流密度電鍍時，孔內(nèi)可以獲得足夠的電流。以上所介紹的工藝方法， 其中有些技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)運用在生產(chǎn)高縱橫比的印制 電路板電鍍銅上，取得很好的效果。目前較為成熟的脈沖電鍍技術(shù)，經(jīng)過研 制和開發(fā)，采用“定時反脈沖”工藝技術(shù)運用到多層和積層多層印制電路板 的深孔或深盲孔電鍍銅上，制造出適應脈沖電鍍的反脈沖整流器，使此種類 型的工藝方法定會處到普遍應用。全板鍍金鍍層起層與色變的原因分析及控制在型號研制生產(chǎn)過程中， 其控制系統(tǒng)中的四層板需全板鍍金， 該板的特點 是密度高，導線細、間距窄（只有 0.05mm導線寬度0.30 mm。為確保金 鎳銅層的結(jié)合力，對所經(jīng)過的工序都

19、進行分析和處理，使各種類型的處理 溶液處于最隹狀態(tài)，首先排除各類溶液對三者之間結(jié)合強度的直接影響。但 稍為不慎就會產(chǎn)生鎳層從銅層上分離開來或者金鍍層從鎳鍍層表面脫落，其 原因經(jīng)過多次試驗，有以下三個方面：（一）鍍層分層的原因分析1 經(jīng)光亮鍍銅后，沒有進行徹底地的清除表面膜，因此清洗后直接轉(zhuǎn)入 鎳鍍槽內(nèi)進行電鍍作業(yè)。因此鍍后鎳層從銅的表面分離。為什么會產(chǎn)生微薄 膜呢？因為光亮鍍銅溶液含有一定量的添加劑如光亮劑、 整平劑、 潤濕劑等， 也就指少量的添加劑，它在電解液內(nèi)不會明顯地改變鍍液的性質(zhì)，但會顯著 的改善鍍層的性質(zhì)，但鍍層表面會吸附有此類添加劑等有機物質(zhì)，這些有機 物質(zhì)在經(jīng)過鍍銅的表面吸附的很

20、牢，很難使用一般的流動清洗水除去，必須 配有專用的處理溶液進行一定時間的清除處理，方能達到滿意的表面效果。 就是因為這些看不見的透明薄膜，直接影響鎳鍍層與銅表面的結(jié)合強度。2 銅表面還必須進行微粗化處理，使銅表面形成微粗糙的表面，以增加 銅層與鎳層的結(jié)合強度。因為鎳鍍層具有一定的應力，這種應力特別在光亮 的銅表面就會形成拉應力，而從銅的表面分離，微粗化的目的就是增加與鎳 鍍層的結(jié)合力。由于粗化處理不當，造成銅層表面不均勻狀態(tài)，使鎳鍍層的 分布的一致性受到直接影響，造成局部結(jié)合力好，星星點點的部位差，而發(fā) 生鎳層從銅的表面上分層。3 銅的表面經(jīng)過處理后，清洗的時間不易過長，因為清洗水也含有一定 的酸性物質(zhì)盡管其含量微弱，但對銅的表面影響不能掉以輕心，應嚴格按照 工藝規(guī)范規(guī)定的時間進行清洗作業(yè)。4 金層從鎳層表面脫洛的主要原因，就是鎳的表面處理的問題。鎳金屬 表面活性差很難取處令人滿意的效果。鎳鍍層表面易在空氣中產(chǎn)生鈍化膜， 如處理不當，就會使金層從鎳層表面分離。如活化不當就會在進電鍍金時， 金層就會從鎳層表面脫離即起皮脫落。第二方面的原因是因為活后，清洗的 時間過長，造成鎳表面從新生成鈍化膜層，然后再去進行鍍金，必然會產(chǎn)生 鍍層脫落的疵。以上分析了三種鍍層間產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的主要原因。 解決此種類型的質(zhì)量問 題，就必須針對其表面特點，采取不