镀覆孔内镀铜异常原因分析与改善

2021-12-08谢慈育宗高亮王扩军李得志冉光武

印制电路信息 2021年11期

谢慈育宗高亮王扩军李得志冉光武

（深圳市板明科技股份有限公司，广东深圳 518127）

1 图形电镀通孔镀铜异常背景

印制电路板（PCB）生产过程中的图形电镀，是在完成全板镀铜和图形转移后，带干膜抗蚀图形的在制板进行二次镀铜，以达到产品的总铜厚要求，并在线路铜面镀锡，作为后工序碱性蚀刻的抗蚀层。相比一次性全板镀铜完成总铜厚的酸性蚀刻流程，图形电镀和碱性蚀刻工艺具有适应线宽、线距小，线路宽度控制精度高和镀铜成本低的优势，目前仍是PCB精细线路生产的主流工艺。

然而，有客户向我们咨询，图形电镀工序不时发现有通孔孔内二次铜电镀异常的情况。孔中间的二次铜完全没有镀上，孔中间的总铜厚远没有达到标准，如图1所示。而且经过碱性蚀刻后孔中间没有形成断铜，在线和终检电测均无法准确发现，给终端产品带来严重可靠性隐患。急需找出出现问题的原因所在，并进行相应的改善和预防措施，避免造成终端产品重大可靠性问题。

图1 抽查发现的二次镀铜孔内电镀异常切片图

2 通孔镀铜异常因素分析

图形电镀工序流程为：除油—一、二级水洗—微蚀—一二级水洗—酸浸—镀铜—一二级水洗—预浸—镀锡—一二级水洗—烘干。

对通孔镀铜异常的进行收集、整理，有以下特点：

（1）图形电镀的二次在孔口附近位置的孔铜是正常的，在距离板面1/4左右位置开始铜厚快速变薄,直至完全没有镀上二次铜；

（2）镀铜异常切片情况很像电镀过程孔内有气泡导致孔中间接触不到镀液而造成的镀铜异常。之前生产线做过多次对比测试，从打气、摇摆、震动等参数，确认不是气泡造成的该产线镀铜异常的主要原因；

（3）主要发生异常的板厚集中在1.4～1.6 mm，孔径在0.25～0.30 mm之间。同时，此类板厚/孔径也是该生产线的主流生产设计；

（4）因为镀铜异常孔在蚀刻后孔内完全没有受到蚀刻药水的攻击，说明镀锡层是正常的。

3 试验设计与验证

找出可能造成通孔镀铜异常的各种因素，为图形电镀生产改善通孔镀铜异常提供指导方向，设计一系列试验方案见表1所示。

表1 初步试验过程

试验设计说明如下。

（1）测试前把全部前处理槽清洗并重新开缸，分析前处理、镀铜槽确认各药水浓度在控制范围内，排除药水浓度控制超范围的影响因素；

（2）测试板板厚/孔径按同行反馈的出现镀铜异常频率较高1.6 mm/0.25 mm；

（3）每组试验切片分析300个通孔以上。

从表1测试结果可以看出如下几点。

（1）在图形电镀铜的电镀过程中，阴极不同摇摆频率没有对镀铜异常产生影响。在试验设置的摇摆频率范围内，均可赶出孔内气泡，并进行正常镀铜；

（2）试验中未发现降低显影后水洗效果会造成镀铜异常。试验过程发现其它由于显影后水洗不净造成的外观不良，因与本试验目的无关，不做描述；

（3）试验（3）模拟加大缠绕式过滤棉芯的用量，结果说明过滤棉芯造成了镀液污染，引起电镀铜异常。并且不同品牌的过滤棉芯对镀液的污染程度不同；

（4）在制板在较差的环境存放时间过久会造成孔内深度氧化或污染，并且正常的图形电镀除油、微蚀前处理无法去除干净，在二次镀铜时孔内存在抗镀现象，从而形成镀铜异常现象。

从以上试验发现，过滤棉芯和电镀前通孔孔内抗镀层都会形成镀铜异常。接下来针对这两方面的改善措施进行一些试验验证（见表2所示），以确保改善措施的有效性。

从表2可知，缠绕式过滤棉芯确实附带污染物，此污染物可以通过碱泡、酸泡的方式去除干净，再投入使用，未发现有镀铜异常。

表2 改善和预防措施验证表

对比加强电镀前处理和除胶渣。加强前处理后仍发现有通孔镀铜异常，而做过除胶渣的测试板则未发现有通孔镀铜异常。说明通孔孔内不单是氧化问题，而且存在油脂类的抗镀层存在，此抗镀层无法简单通过加强前处理以去除。虽然可以通过增加除胶渣工艺来消除异常的抗镀层，但不能作为正常生产常规流程。所以合理控制在线待电镀板的存放环境和时间才是解决问题的有效方法。

从生产情况分析，待电镀孔内的抗镀层会引起二次铜抗镀，但是在接着的镀锡过程中没有出现类似的抗镀情况。镀锡药水的湿润效果和在低电位的电镀能力可以克服此类轻微抗镀问题。说明抗镀层很薄或者说是轻微，有可能可以通过电镀添加剂的改良来克服。板明公司针对此以上情况现象，对电镀添加剂做了调整。

为验证添加剂的调整效果，取多种添加剂进行试验对比。有板明A（调整前）、板明B（调整后）、市商C（外资供应商）和市商D（国内供应商）四种添加剂，进行同等条件：待镀板走正常除油-水洗-微蚀-水洗-酸浸前处理流程，镀液浓度按正常生产控制中值进行电镀，情况如表3所示。