直接电镀工艺介绍(2)
直接电镀工艺介绍(2)
(七) 质量输送
带正电荷的金属离子团要不断的泳向阴极,以补充其不断的消耗.此种离子团的移动是以三种方式进行,即迁移,对流及扩散现分述于后:
(1) 迁移──在1mole硫酸铜溶液中以1v/cm电位梯度在25℃下进行电镀,Cu的绝对迁移率是5.9*10-4cm/sec.当阴阳极相距10cm在3V下操作时,阳极溶出的铜离子要93分钟才向阴极走1cm远,要15小时才能达到阴极表面.故知电镀的成果,迁移所占的功劳实在不大,只能将阴极附近的金属离子推向陆地而已.
(2) 对流──镀液必须做快速的流动,使后方高浓度的金属离子能尽快的补充阴极膜中的消耗,故对流才是质量输送的主力.以吹气、过滤流动、搅动、及加热等方式使镀液快速的交换是电镀最重要的工程.
(3) 扩散──阴极膜厚约0.2m/m,在快速搅拌流速达25cm/sec时可压薄至0.1m/m,大大加快了由高浓度向低浓度自然扩散的缓慢效果.但金属离子团是如何抛弃掉各种配位的其它东西而独自穿过最后的电双层而自身或带有少部份配体登陆的,其原理至今未明.
由上可知,对PCB的镀铜而言,最有效完成质量输送的方式就是镀液的快速搅拌,尤以对PTH而言,孔中镀液的快流通才能有效的建立孔壁规范的厚度,而不至发生狗骨现象.因PCB板面面积很大,要镀液经搅拌流过孔中或板子摆动使流过孔中都很不容易做到,较有可能的办法是以强烽的液柱在镀液中喷向孔去,当然大部份还是打在板面上或互相干扰而无效,可改成部份抽回或在板子的背面抽回较有希望.总而言之如何使镀液能快速的流过每一孔中是孔铜壁成长的主要开键.
(八) 添加助剂
除了基本配方法,电镀的是否能实用化全在添加剂,尤其对于小孔深孔等高难度的板子,助剂更是非常重要.一般助剂约可分为光泽剂Brightener,整平剂,载运剂,细晶剂,润湿剂.此等助剂之理论基础尚不成熟,多半是来自不断实验的结果,故几乎全为商业化的范围,其参考来源多为各种专利,但已发表者几乎都已过时而不再是第一流的产品了,现役上市者多在阶段.
由各数据看来硫酸铜镀液之微布力非常好能将待镀面上种细小的刮痕及凹陷先预以填平,再镀全面.但对PTH的孔壁而言,要想发挥这微分布的优点,则必须要使高浓度的镀液能够不断的流进去,降低阴极膜的厚度,才是施展其长处的首要条件.
二.小孔或深孔镀铜的讨论
电路板的装配日趋紧密,其好处不外减少最后产品的体积及增加信息处理的容量及速度.尤其自VLSI大量开发后,IC在板子上的装配已由早期的通孔插装,渐改进至表面黏装之SMT了.对板子而言细线及小孔是必然要面对的问题.而就小孔而言,受冲击最大的就是现有的镀铜技术,要在孔的长宽比很高时,既要得到1mil厚的孔壁,又不可发生狗骨现象,面且镀层的各种物性双要通过现有的各种规范,其中种种需待突破的困难实在不少.各国的业界现正从基本配方、添加剂、设备等多方面努力,至今尚少重大的突破.现将小孔的难镀以下列事实讨论之.实体部份远大于孔径部份,比种强力的水流几乎都浪费在板面的阻碍上了.解决办法之一就是使液中的铜浓度增加,或可减少通过的次数,但这也是一条行不通的死巷,因2oz/gal的铜量几乎是板面与孔壁的镀层均匀颁比率的上限,再提高时狗骨会变严重,已不是添加剂所能帮忙的了.解决办法之二是改进化学铜镀层的物性使能达到规范的要求,目前日立公司的TAFⅡ制程,已进行数年的研究.
现阶佒对硫酸铜镀液所能做的事约有:
(1) 选择高纯度的物定助剂,如特殊的整平剂使在高电流处抑制镀层增加,使低电流处仍能有正常登陆,并严格分析、小心添加、仔细处理以保持镀液的最佳效果.
(2) 改变镀的设计,加大阴阳间的距离,减少高低电流密度之间的差异.
(3) 降低电流密度至15ASF以下,改善整流器出来直流的纹波量至2%以下.若不行时将电流密度再降低到5ASF,以时间换取品质.
(4) 增强镀液进出孔中的次数﹐或称顺孔搅拌﹐此点最为重要﹐也最不容易解决﹐加强过滤循环每小时至少2次,蔌啬超音波搅拌.
(5) 不要增加铜的浓度但要增大硫酸与铜的浓度比值,至少要在10/1以上.
(6) 助剂添加则应减少光泽剂用量,增加载体用量,并用安培小时计管理添加,定时用CVS分析助剂之裂解情形.
(7) 试用脉波电流法试镀,以减少面铜与孔铜之间的差异,并增加铜层的延展性,并能以不加添加剂的方式使镀层得以整平.
脉波方式的电流,是一种非常值得研究的路径,先期的成果也非常值得研究的路径,先期的成果也非常令人兴奋,只可惜市场上许多添加剂供货商并不热衷,为保既得利益不大支持研究.因一旦可从电流供应的方式使镀层得以改善,则销售已久的添加剂可能乏人问津,或需另起炉灶,皆非所顾也.总而言之,PCB的小孔及深孔镀铜待突破的地方还多得很,实非一蹴可及的.
理论上每次进入孔中的镀液其之铜量都全部留在孔壁上时所需要的次数为300次.何况在实际电镀铜所遭到的电流密度效率、阴极膜等等烦恼,实际上可能连20%的铜都未镀出.若再遇到长宽比.125/.012或10/1的板子时,其所需的理论换液次要高达380次,以20%的登陆成果而言,至少也要有2000回合以上的Turn over才行.然而其困难尚不仅此而已,孔径变小后,孔壁面积的减少远不如流速的剧烈减低.以8mil孔与25mil孔比较,其面积只减少33%,但流速却剧降至1.25%,更增加了更换2000次的困难.
即使上述可行,还要克服镀液的内聚力、与孔壁的阻力、分子引力、及阴极膜的障碍,故强力的水流是绝对需要的.
信息来源：慧聪涂装与表面处理频道