垂直电镀HDI生产探讨

刘 冬 王予州 叶汉雄

（惠州中京电子科技股份有限公司，广东 惠州 516008）

1 前言

由于表面安装用多层板的导通孔仅起电子元件的电气通路（互连）作用，而不承受支撑电子元件的义务，因而不需要电气互连的内层上就不必有隔离孔和导通孔的存在，仅在需要电气互连的相关的内层之间才有导通孔的出现，因而诞生了埋/盲孔结构的多层板；其积层（a+n+b，n为芯板的层数，a和b为积层的层数）的层数越来越多，因而盲孔镀将越来越多。采用盲孔结构和盲孔电镀方式是常规PCB向更高密度的HDI/BUM板的必由之路；由于盲孔结构和盲孔镀铜不同于通孔电镀，盲孔口仅一面与镀液接触，镀液很难在盲孔中流动与交换，传统电镀很难胜任盲孔电镀。

2 目的

对于设备仍然停留在传统电镀阶段的制造厂家来说，只有尝试通过工艺改良，但很多公司遇到了或多或少的问题，甚至产生了重大的报废损失。我公司在使用垂直电镀生产线生产HDI板做了大量的测试和探索，在慢慢的实践与总结中现基本掌握了盲孔垂直电镀的相关技术，最终形成了量产，并保证了良好的生产品质；而且也开发了对其设备改良和测试方法，在此仅提供参考。

3 实验方案

（1）由于当溶液进入小孔时，一开始是呈絮流状态，接着便出现了“层流”方式，从而降低了溶液的流速。溶液流速的降低，不仅会阻止孔壁上H2气泡的排走，而且也会仰止孔壁处新旧溶液的交换，这对于从清洁处理到化学镀铜加工过程都是极为不利的，因此，必须很好消弱和消除溶液镀层流现象；现有垂直电镀按此设计及定义：

①连接挂架轨道来回移（摆）动的幅度及频率；

②挂架上设置震动马达；

③设置能定时上、下提升和下降“在制板”（跳动）装置；

④使“在制板”倾斜一个角度挂板；

⑤降低溶液的表面张力或黏度。

（2）以上各种措施来消弱孔内溶液层流现象，经实验和应用表明是有效的。但由于埋/盲孔结构小孔，其孔的深度小，仅一面与镀液接触，因而溶液在孔内通过时间较长，易于形成层流，如何更好的改善层流现象：

①在镀缸内设置射流装置，可以充分搅动整体溶液都处于絮流状态流入孔内，消弱或消除层流发生；

②在镀缸内设置超声波震动装置，使整个溶液处于很强的絮流或波动状态，从而使溶液以强烈的波动流入孔内，冲击和改变孔内液流状态，起到消弱或消除“层流”现象；

（3）性能测试设计：

为了对此流程设计改装后进行全面客观的评估，特别设计了试验板，具体图形设计为一个通孔一个盲孔交叉排列，1 pcs中通孔4756个（孔径0.25 mm），盲孔4640个（孔径0.15 mm），共84564个/PNL（1 pnl共9 pcs），板长465 mm×620 mm，板厚1.2 cm 。

4 评估试验板生产流程（试板数量20 PNL）

图1 试验板单pcs图

（1）开料——内层D/F——内层蚀刻——内层AOI——棕化——压板——盲孔激光钻孔——沉铜线除胶——机械钻孔——沉金水平微蚀——除钻污＋PTH——镀一铜——外层D/F——图形电镀——蚀刻——后工序

（2）相关可靠性测试项目及方法、判定标准：

（3）测试结果：

①除钻污一次的测试

图2

图2是AOI扫描图片，可看到孔内有阴影存在，表明并未除胶干净。图3是二铜后切片观察除胶不净的图片，黄色圆圈内除胶不净的位置；

图3

②除钻污二次测试

表1 相关可靠性测试

图4是AOI扫描图片，从AOI图片可以很清楚的看出孔内清晰漏出底铜，无阴影；图11～图13二铜后切片观察也看不到除钻污不净的现象：

图4

使用低电流长时间生产，电流密度10ASF，时间120 min，二铜后观察锡厚和铜厚，计算锥度是否符合要求：

图5是二铜后锡厚和铜厚的切片图，切片显示盲孔锡厚最小3.98μm，最大8.9μm；铜厚最小13.9μm，最大43.2μm；锥度最小72%，最大90%。锡厚﹑铜厚﹑锥度均符合要求；同时可以看到锥度完全合格。

图5

③热油测试

热油测试是在260 ℃的热油中浸泡5 s后取出，放在空气中10 s，然后再放入热油中，如此循环100次，要求测试前后阻值变化不得超过10%，对测试板而言是严酷的考验；备注：编号的第一个数字代表整块板的编号，后一个数字代表本块板中切片的序号。

严酷的考验,数据显示阻值变化率最大的为8.82%，最小的为3.08%，测试前后电阻变化率小于10% 测试数据均合格。

表2 测试前后阻值变化（因数据太多，在此只展示一部分数据）

测试结论见表3。

从表3看出各项测试均符合品质要求；

5 结论

通过在镀缸内增设射流装置及在镀缸内设置超声波震动装置，以及参数优化，性能测试，证明“层流”现象得到消弱或消除，运用垂直电镀生产线生产HDI板，各项测试结果均符合品质要求；

此种垂直电镀设计方式而得以生产HDI板的事实，目前我公司已在量产中获得证实。从以上的赘述及笔者几年的经验来看，我们虽知其原因所在，但在导入前还要做细做精，明确定义相关准确参数，做到通过相关参数的控制；而在生产过程做到按规作业才可避免不必要的品质隐患。这要制程的工艺人员下苦功，不可因为仅讲求现状而误了产品提升。期望本文能给同行业者有所帮助，同时难免有不尽或谬误，欢迎专家同行批评探讨，继续推进我们行业的发展。

表3